韦布望远镜揭示:宇宙中的恒星可能多达2亿亿亿颗(图)

美国航天局（NASA）7月12日发布了詹姆斯·韦布空间望远镜拍摄的多张全彩宇宙图像及光谱图，此前一天，美国总统拜登公布了首张由韦布空间望远镜拍摄的全彩宇宙深空图像。这些深邃的宇宙影像，立即引起了全球天文学家和科学爱好者的关注。



特别是首张图像，它包含了上千个星系，但它所覆盖的天区其实很狭小，仅相当于你展开手臂，观察手指上的一粒沙子。这粒沙子般大小的天区，竟包含上千个类似银河系的星系，那么整个宇宙有多少星系呢？虽然没有准确答案，但天文学家推测，很可能远不止1万亿个。

韦布四大科学目标令人振奋

作为哈勃空间望远镜的继任者，韦布空间望远镜于去年12月25日发射升空。它的科学目标主要有4个，都令科学界为之振奋。



首要目标是寻找宇宙演化史上的第一缕星光，探测第一代星系和恒星。“很多天文学家认为，宇宙大爆炸后1亿年至2亿年间，第一代星系和恒星就诞生了。是不是这样？恒星和星系是不是同时形成的？韦布空间望远镜有望告诉我们答案。”上海天文馆网络科普部部长、上海市天文学会副秘书长施韡说。

韦布空间望远镜的另外三大科学目标，分别是研究星系演化、研究恒星演化和行星形成、探测系外行星大气和地外生命。

施韡解释说，星系是如何演化的这个问题，天文学家有不同观点，韦布拍摄到的星系早期红外图像，有望为这场科学争议提供权威答案。早期恒星可能尚未发生核聚变，呈现“原恒星”状态。其温度比较低，只有1000—2000℃，也适合韦布观测。



太阳系外的哪些行星可能存在生命？这个公众关注度很高的问题，或许韦布将提供重要线索。它能探测系外行星大气的谱线，分析大气中水、二氧化碳等成分的含量，从而找到宜居行星，甚至发现地外生命的迹象。

试图捕获宇宙中“第一缕星光”

韦布空间望远镜之所以能捕获近140亿年前（宇宙大爆炸后1亿年至2亿年间）的星光，是因为它的观测能力十分强大。其有效直径达到6.5米，由18个六边形的凹面镜组成，收集光线的面积是哈勃空间望远镜的2.7倍。而且与哈勃空间望远镜的可见光与紫外波段观测不同，韦布空间望远镜以红外波段观测为主，与宇宙中的“第一缕星光”性质吻合。



第一代星系和恒星为何发出的是红外波段星光？这要从“宇宙学红移”说起。这个现象是美国天文学家哈勃发现的，指远离我们的星系所发出光的光谱会向红色一端移动，其原因是光的宇宙膨胀和多普勒效应。

第一代星系和恒星发出的光，其峰值在紫外波段，但经过上百亿年的星际旅行，这些星光进入了近红外甚至中红外波段，因此作为一个拥有“远大理想”的韦布望远镜选择在红外波段工作。

宇宙星系数或不止1万亿个

最近公布的韦布空间望远镜“处女秀”图像，捕捉到了距离我们130亿光年的星系。它们发出的光，在经历130亿年后才到达太阳系，揭示了宇宙演化早期的秘密。施韡介绍，这幅图像中央呈白色椭球状是星系团SMACS 0723，距离我们46亿光年，它正好位于地球和130亿光年外的星系中间，构成了“三点一线”。由于星系团巨大的质量产生引力透镜效应，原本被星系团SMACS 0723挡住的星系光芒因扭曲、变亮，被韦布空间望远镜捕获。



引力透镜效应是广义相对论预言的一种现象。由于时空在大质量天体附近会发生畸变，光线经过大质量天体附近时发生弯曲。如果在观测者到光源的直线上有一个大质量的天体，则观测者会看到由于光线弯曲而形成的一个或多个像，这种现象因形如凸透镜的观察效果，被称为引力透镜效应。

在这幅只有一粒沙子大小的天区深空图像中，韦布空间望远镜依靠其巨大的聚光能力，拍摄到了上千个星系。天文学家曾根据哈勃空间望远镜拍摄到的某个天区星系数量，推测宇宙约有1万亿个星系。作为下一代旗舰望远镜，韦布不仅看得更多，而且看得更远，揭示出宇宙的星系数量很可能不止1万亿个，说不定还要增加一个数量级。



施韡算了“一笔账”：如果宇宙有10万亿个（10的13次方）星系，而保守估算，平均每个星系有1000亿—2000亿颗（10的11次方）恒星，那么宇宙中的恒星数量高达2亿亿亿颗（10的24次方）。由此可见，宇宙是多么浩瀚无垠！ 阅读原文