從遙遠的陌生星系中，我們可以窺見宇宙的過去。美國國家航空航天局（NASA）新近發射的紅外線空間望遠鏡，將成為我們探索宇宙深處的“導遊”。7月11日，美國總統拜登在白宮公布了詹姆斯·韋布太空望遠鏡（常縮寫為JWST或Webb，以下簡稱韋布望遠鏡）拍攝的第一張官方照片。
美國國家航空航天局的詹姆斯·韋布太空望遠鏡於2022年7月11日首次公開發布了一張迄今為止早期宇宙最深處、最清晰的紅外圖像，顯示了一個擁有46億年歷史的星系團。這些圖像和數據將幫助我們了解星系是如何演化的。
這是一張清晰度令人震驚的全彩色圖像，也是有史以來拍攝的最遙遠的深空宇宙圖像。未來詹姆斯·韋布望遠鏡還將進行更多的時間旅行，科學家們希望這台望遠鏡能讓我們看到宇宙中最早的一些星系。
“看到宇宙最初4億年時的景象，我感到非常興奮。此前我們還沒有看到任何東西顯示它當時是什麼樣子的，我們將用韋布望遠鏡第一次看到它。”美國太空望遠鏡科學研究所的天文學家丹·科（Dan Coe）說，“我們還將看到早期宇宙中的星系是什麼樣子的。”太空望遠鏡科學研究所位於巴爾的摩市的約翰·霍普金斯大學，是哈勃太空望遠鏡、詹姆斯·韋布太空望遠鏡和羅曼空間望遠鏡的科學控制中心。
20多年前，當科學家們着手開發韋布望遠鏡時，這項任務的主要目標之一就是觀測宇宙中最早的星系。這些星系如此遙遠，以至於它們發出的光需要數十億年才能到達地球；它們是早期宇宙的遺迹——在我們看來，這些遙遠星系的光第一次到達地球時，就保存了它們在宇宙誕生不久時的樣子。沒有人確切知道這些遺迹意味着什麼，而韋布望遠鏡團隊的科學家們迫不及待地想要找到答案。
憑藉令人難以置信的靈敏度和在紅外光下的視覺能力，韋布望遠鏡將第一次揭示這些星系的“真面目”。想象一下數十億年前的宇宙，當光線從恆星中流出並開始穿越空間時，宇宙開始逐漸在這些恆星周圍膨脹，最終導致地球與任何指定的恆星的距離都比億萬年前遠得多。當一顆恆星離我們越來越遠時，它發出的光的波形就會像彈簧一樣伸展，波長增加，這種現象被天文學家稱為“紅移”：人類肉眼所看到的藍光會延伸至更紅的光，而可見光波長則延伸至紅外光波長。
詹姆斯·韋布太空望遠鏡也將開始拍攝“斯蒂芬五重奏”的圖像，以研究星系的碰撞。斯蒂芬五重奏是由5個視覺可見的星系組成的星系群，位於飛馬座，其中4個星系具有物理上的關聯性，形成一個緻密星系群
我們看不見紅外光，哈勃太空望遠鏡也看不見，因為它只能觀測到可見光和紫外線。相比之下，韋布望遠鏡能夠看到已經紅移到紅外線波長的古老星光。韋布望遠鏡比哈勃望遠鏡更大，靈敏度也更高，這使其能夠探測到極其微弱的光線，從而更適合研究最遙遠的星系。“（韋布望遠鏡探測的）波長更長，我們就可以看到比哈勃望遠鏡所探測的更早之前的東西，從而看到更久遠之前，”丹·科說，“我們也能夠看到這些早期星系的全貌。”
韋布望遠鏡的新圖像將包含這些古老星系的真實模樣。科學家認為，最早的星系可能比現代星系要小得多，也更混亂。小而無組織的星團會合併形成更複雜的形態，比如螺旋形的銀河系。該理論認為，這樣的碰撞也可能導致新恆星的誕生。
“當星系碰撞時，它們不是砰的一聲相撞，而是更像攪動，”韋布望遠鏡的高級項目科學家喬納森·加德納（Jonathan Gardner）在6月底舉行的一次媒體活動中說，“因為星系大部分由空無一物的空間構成，恆星本身很少相互碰撞。但其中的氣體確實會發生碰撞，並引發大量的恆星形成，在最終合併的星系中形成下一代恆星。”
在韋布望遠鏡運行的第一年，與其相關的多個研究項目將聚焦於早期恆星和星繫上。丹·科正領導着其中的兩個項目，一個專註於哈勃望遠鏡所發現的最遙遠的星系之一，另一個則專註於迄今為止已觀測到的最遙遠個體恆星——埃蘭迪爾（Earendel，在古英語中意為“晨星”）。
埃蘭迪爾又稱為WHL0137-LS恆星，在2022年3月30日由NASA宣布發現，此前哈勃太空望遠鏡曾分別在2016年6月7日、7月17日和2019年11月4日、11月27日對其進行了拍攝。天文學家之所以能發現這顆恆星及其星系，是因為其正前方星系團引發了所謂的引力透鏡效應，放大了來自該恆星的光。引力透鏡是指質量極大的物體（比如星系團）的引力會扭曲其背後物體發出的光，使光彎曲並放大。事實上，科學家們已經通過引力透鏡效應增強了韋布望遠鏡的探測能力，在其第一張深場彩色圖像中，就展示了引力透鏡對部分星系圖像的扭曲效應。
其他多個研究項目也將關注早期星系，包括韋布望遠鏡“早期發布科學計劃”（Early Release Science initiative）涉及的若干星系。該項目將在韋布望遠鏡運行的前5個月中快速公布數據，使科學家們可以學習如何更有效地使用該望遠鏡的數據。從一個研究星系演化的項目，到一個專註於合併星系的項目，韋布望遠鏡將與世界各地的科學家們分享宇宙最早星系的數據，深入探索這些形成於宇宙誕生之初的星系。
丹·科表示，他已經看到了一些早期的觀測結果，而對於未來更深入的探索，他已經迫不及待。“我真的很興奮能看到這些觀測中看到的結果，”他說，“我已經看到了一些最初的數據，一定會讓你大吃一驚。”