韦布空间望远镜年度报告
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综合编译：雷丰图
校对：牧夫天文校对组
后期：库特莉亚芙卡 李子琦
责任编辑：王启儒
两年前的圣诞节早晨，天文学家和太空爱好者们收到了他们等待了30年的礼物：发射升空的詹姆斯-韦布空间望远镜（JWST），这是人类史上体积最庞大、技术最尖端，设计最有野心的宇宙探测器——探测宇宙中最早恒星和星系。
今年，这个宇宙探测器持续提供着令人叹为观止且极具科学价值的宇宙图像。下面让我们回顾一下 JWST 在 2023 年那些改变我们对宇宙认识的发现。
1. THE JWST TAKES A FRESH LOOK AT OUR SOLAR SYSTEM
JWST 重新审视太阳系
虽然 JWST 的初衷是观察宇宙中最早的恒星和星系，但同时也为我们打开了太阳系的另一幅全新又精彩的景象。
今年 6 月，JWST首次在木星冰卫星木卫二的咸液态海洋中发现了二氧化碳。另外JWST还提供了土星的新面貌，它捕捉到了这个气体巨行星精致的环系统及其 146 颗已知卫星中的三颗。据美国航天局（NASA）称，通过 JWST 的红外眼睛看到的气态巨行星黑得可怕，因为在这个波段，"甲烷气体几乎吸收了落在大气层上的所有阳光"。
这个强大的天文台还拍摄到了天王星、天王星最亮的卫星，以及天王星 13 个已知尘埃环中的 11 个惊艳图像。
Credit：NASA，ESA，CSA et al.
2.NEARBY EXOPLANET HAS ABUNDANT LIFE-SUPPORTING MOLECULES
附近的系外行星有丰富的支持生命的分子
9 月，JWST 在一颗相当近的系外行星 K2-18 b的大气层中发现了甲烷和二氧化碳，这颗行星环绕着一颗距离地球 120 光年的冷恒星。K2-18b 的体积介于地球和太阳系中其他的巨行星之间。
哈勃太空望远镜之前的观测结果表明，K2-18 b 可能是一个"海洋世界"，这是一种拥有厚厚的富氢大气层的系外行星，大气层下是液态水海洋。而今年 JWST 进行的观测支持了这一假设，新数据显示K2-18b存在丰富的甲烷和二氧化碳的证据，但氨却很少。
"剑桥大学天文学家萨瓦斯-康斯坦丁努（Savvas Constantinou）在一份声明中说："这些结果仅仅是对K2-18 b进行两次观测的结果，还有更多的观测结果正在处理。"我们的工作初步展示了韦伯能在宜居带系外行星中观测到什么"。
Credit: ESA/Hubble
3.THE JWST DISCOVERS ITS SMALLEST OBJECT YET
JWST 发现迄今最小的天体
今年 2 月，科学家们为 JWST 意外发现一颗小行星而兴奋不已，这颗小行星位于火星和木星之间的主小行星带。与该区域的大多数“居民”一样，这颗与华盛顿纪念碑差不多高的太空岩石被认为是太阳系形成过程中的残留物，因此包含着有关太阳系演变的诱人历史。
Credit: ESA/Webb
4.THE JWST FINDS MASSIVE, MYSTERIOUS GALAXIES IN THE INFANT UNIVERSE
JWST 在新生宇宙中发现大质量神秘星系
今年 2 月，科学家们宣布发现了一系列像银河系一样巨大的星系，它们散布在 JWST 观测的，距离大爆炸5亿到7亿年之间的宇宙图像中。从现有的理论模型来看，JWST 发现的星系规模太大了，其中的成熟红色恒星也太老了，研究报告的作者说这一发现 "给科学带来了问题"。
"该研究报告的合著者、宾夕法尼亚州立大学天文学家乔尔-莱亚在一份声明中说："这使早期星系形成的全貌受到质疑。
Credit: NASA，ESA，CSA et al.
5.AN INTENSIFYING DEBATE OVER THE UNIVERSE'S EXPANSION RATE
关于宇宙膨胀率的争论愈演愈烈
我们知道宇宙正在以越来越快的速度膨胀，但我们并不知道具体有多快。通常，科学家利用哈勃常数来量化宇宙膨胀速度，而如何确定哈勃常数的正确值一直是科学界的热门话题。目前，哈勃常数的模型估值与望远镜观测值并不一致。
今年，JWST 观测到了一类被称为"仙王座变星 "的恒星，它们通常是比太阳亮 10 万倍的巨大恒星，也是测量宇宙距离（从而了解宇宙膨胀率）的最可靠来源。但是，JWST 的数据非但没有解决争论，反而加深了目前关于哈勃常数的争论。
约翰-霍普金斯大学天文学家、诺贝尔奖获得者亚当-里斯说："我不在乎哈勃常数的值是多少。我想弄明白，为什么我们最好的工具--我们的黄金标准工具--彼此不一致。"
Credit: NASA，ESA，CSA et al.
6.SHINING A SPOTLIGHT ON THE FIRST SUPERMASSIVE BLACK HOLES
聚焦首个超大质量黑洞
今年，JWST 帮助天文学家看到了来自两个早期星系的星光，他们认为最早的超大质量黑洞之一就出现在这两个星系中。JWST观测到的星系是宇宙在10亿年前的样子，显示了随着时间的推移，黑洞如何获得深不可测的质量--通常是太阳质量的数百万或数十亿倍。
Credit: Ding，Qnoue，Silverman，et al.
7.COMPLEX ORGANIC MOLECULES IN A PRIMORDIAL GALAXY
原始星系中的复杂有机分子
今年 6 月，天文学家揭示，JWST 发现了有趣的碳基分子，类似于地球上石油和煤炭矿床中发现的碳基分子，它们来自 120 多亿年前，当时宇宙的年龄仅为现在的十分之一。在太空中，这些分子与微小的尘粒相连。由于我们望远镜的限制，探测它们一直是个挑战。然而，"韦布空间望远镜真的让寻找有机分子看起来太容易了，"德克萨斯农工大学的天文学家贾斯汀-斯皮尔克（Justin Spilker）告诉记者。
Credit: NASA，ESA，CSA，et al.
8.YUP, MAISIE'S GALAXY IS AMONG THE EARLIEST EVER SPOTTED
是的，梅茜的星系是有史以来发现的最早的星系之一
这个模糊的橙色圆球是2022年夏天由JWST拍摄到的，被称为梅茜星系，2023年8月，天文学家宣布它是迄今发现的最早的星系之一。这个星系似乎在宇宙只有 3.9 亿年的时候就已经存在了，使它跻身为已知最古老的四个星系之一。
"研究报告的作者、德克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家史蒂文-芬克尔斯坦（Steven Finkelstein）告诉记者："这是一个未被发现的前沿领域，我们真的不知道星系是如何形成的，也不知道它们长什么样，直到我们用 JWST 去寻找它们。
Credit: NASA，et al.
9.THE MOST DISTANT SUPERMASSIVE BLACK HOLE EVER SEEN
迄今所见最遥远的超大质量黑洞
今年 7 月，天文学家宣布 JWST 发现了迄今为止最遥远的活动超大质量黑洞，它的宿主星系在宇宙大爆炸后仅 5.7 亿年就形成了。然而，这个古老黑洞的质量却低得令人费解--仅为太阳的 900 万倍。相比之下，这些宇宙巨兽的质量大多超过10 亿个太阳质量。"研究人员说："现在还很难解释它是如何在宇宙诞生后这么快就形成的。
Credit: NASA，ESA，CSA，et al.
10.THE JWST REDISCOVERS AN ANCIENT GHOSTLY GALAXY
JWST 重新发现了一个古老的幽灵星系
最近，天文学家对 JWST 发现的一个深藏在尘埃云中的模糊星系很感兴趣，部分原因是这个星系是在宇宙大爆炸 9 亿年后出现的，当时第一批恒星刚刚出现。德克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家杰德-麦金尼（Jed McKinney）在一份声明中说："天文学家们还对这个星系等待揭示的科学原理很感兴趣，它有可能告诉我们，有一大群星系一直在躲在我们的视野盲区里。“
Credit: The University of Texas at Austin
11.THE JWST SPOTS 3 POSSIBLE FABLED "DARK STARS"
JWST 发现 3 颗可能的传说中的 "暗星"
今年 7 月，天文学家报告说，JWST 发现了三颗可能是 "暗星 "的明亮天体（暗星指的是感恩而死乐队的歌曲 "Dark Star"）。这些 "恒星 "最初在2022年被JWST标记为星系。
德克萨斯大学奥斯汀分校物理学教授凯瑟琳-弗雷斯（Katherine Freese）在一份声明中说："当我们观察韦布空间望远镜回传的数据时，我们在两种可能之间徘徊。一种可能是它们是包含数百万颗普通的III 类恒星的星系。另一个原因是它们是暗星。信不信由你，一颗暗星的光足以与整个星系的恒星相抗衡。“
天文学家认为这类恒星是由暗物质驱动的，暗物质是一种难以捉摸的物质，占宇宙物质的85%，但望远镜却看不到。研究人员说，如果暗星真的存在，那么它们的存在将有助于解决一个非常年轻的宇宙是如何成长到容纳如此多大型星系的令人费解的观测问题，正如 JWST 所观测到的那样。
Credit: NASA，ESA
12.THE EARLIEST GALAXIES LOOKED SURPRISINGLY SIMILAR TO OUR MILKY WAY
最早的星系看起来与我们的银河系惊人地相似
根据星系演化理论的预测，我们宇宙中最早的星系还太年轻，无法展现任何明显的特征，比如旋臂、条状或环状；天文学家认为这些更复杂的结构是在宇宙大爆炸后大约 60 亿年开始出现的。但今年，JWST 发现，早在宇宙大爆炸后 37 亿年，就可能存在具有如此精致形状的星系。
研究报告的合著者、英国曼彻斯特大学天文学教授克里斯托弗-康塞莱斯在一份声明中说："根据我们的研究结果，天文学家必须重新思考我们对第一批星系的形成以及过去 100 亿年星系演化过程的理解。“
Credit: L. Ferreira, C. Conselice
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蛾眉相的土卫二
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