韋布空間望遠鏡年度報告
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綜合編譯：雷豐圖
校對：牧夫天文校對組
後期：庫特莉亞芙卡 李子琦
責任編輯：王啓儒
兩年前的聖誕節早晨，天文學家和太空愛好者們收到了他們等待了30年的禮物：發射升空的詹姆斯-韋布空間望遠鏡（JWST），這是人類史上體積最龐大、技術最尖端，設計最有野心的宇宙探測器——探測宇宙中最早恆星和星系。
今年，這個宇宙探測器持續提供着令人歎爲觀止且極具科學價值的宇宙圖像。下面讓我們回顧一下 JWST 在 2023 年那些改變我們對宇宙認識的發現。
1. THE JWST TAKES A FRESH LOOK AT OUR SOLAR SYSTEM
JWST 重新審視太陽系
雖然 JWST 的初衷是觀察宇宙中最早的恆星和星系，但同時也爲我們打開了太陽系的另一幅全新又精彩的景象。
今年 6 月，JWST首次在木星冰衛星木衛二的鹹液態海洋中發現了二氧化碳。另外JWST還提供了土星的新面貌，它捕捉到了這個氣體巨行星精緻的環系統及其 146 顆已知衛星中的三顆。據美國航天局（NASA）稱，通過 JWST 的紅外眼睛看到的氣態巨行星黑得可怕，因爲在這個波段，"甲烷氣體幾乎吸收了落在大氣層上的所有陽光"。
這個強大的天文臺還拍攝到了天王星、天王星最亮的衛星，以及天王星 13 個已知塵埃環中的 11 個驚豔圖像。
Credit：NASA，ESA，CSA et al.
2.NEARBY EXOPLANET HAS ABUNDANT LIFE-SUPPORTING MOLECULES
附近的系外行星有豐富的支持生命的分子
9 月，JWST 在一顆相當近的系外行星 K2-18 b的大氣層中發現了甲烷和二氧化碳，這顆行星環繞着一顆距離地球 120 光年的冷恆星。K2-18b 的體積介於地球和太陽系中其他的巨行星之間。
哈勃太空望遠鏡之前的觀測結果表明，K2-18 b 可能是一個"海洋世界"，這是一種擁有厚厚的富氫大氣層的系外行星，大氣層下是液態水海洋。而今年 JWST 進行的觀測支持了這一假設，新數據顯示K2-18b存在豐富的甲烷和二氧化碳的證據，但氨卻很少。
"劍橋大學天文學家薩瓦斯-康斯坦丁努（Savvas Constantinou）在一份聲明中說："這些結果僅僅是對K2-18 b進行兩次觀測的結果，還有更多的觀測結果正在處理。"我們的工作初步展示了韋伯能在宜居帶系外行星中觀測到什麼"。
Credit: ESA/Hubble
3.THE JWST DISCOVERS ITS SMALLEST OBJECT YET
JWST 發現迄今最小的天體
今年 2 月，科學家們爲 JWST 意外發現一顆小行星而興奮不已，這顆小行星位於火星和木星之間的主小行星帶。與該區域的大多數“居民”一樣，這顆與華盛頓紀念碑差不多高的太空岩石被認爲是太陽系形成過程中的殘留物，因此包含着有關太陽系演變的誘人歷史。
Credit: ESA/Webb
4.THE JWST FINDS MASSIVE, MYSTERIOUS GALAXIES IN THE INFANT UNIVERSE
JWST 在新生宇宙中發現大質量神秘星系
今年 2 月，科學家們宣佈發現了一系列像銀河系一樣巨大的星系，它們散佈在 JWST 觀測的，距離大爆炸5億到7億年之間的宇宙圖像中。從現有的理論模型來看，JWST 發現的星系規模太大了，其中的成熟紅色恆星也太老了，研究報告的作者說這一發現 "給科學帶來了問題"。
"該研究報告的合著者、賓夕法尼亞州立大學天文學家喬爾-萊亞在一份聲明中說："這使早期星系形成的全貌受到質疑。
Credit: NASA，ESA，CSA et al.
5.AN INTENSIFYING DEBATE OVER THE UNIVERSE'S EXPANSION RATE
關於宇宙膨脹率的爭論愈演愈烈
我們知道宇宙正在以越來越快的速度膨脹，但我們並不知道具體有多快。通常，科學家利用哈勃常數來量化宇宙膨脹速度，而如何確定哈勃常數的正確值一直是科學界的熱門話題。目前，哈勃常數的模型估值與望遠鏡觀測值並不一致。
今年，JWST 觀測到了一類被稱爲"仙王座變星 "的恆星，它們通常是比太陽亮 10 萬倍的巨大恆星，也是測量宇宙距離（從而瞭解宇宙膨脹率）的最可靠來源。但是，JWST 的數據非但沒有解決爭論，反而加深了目前關於哈勃常數的爭論。
約翰-霍普金斯大學天文學家、諾貝爾獎獲得者亞當-里斯說："我不在乎哈勃常數的值是多少。我想弄明白，爲什麼我們最好的工具--我們的黃金標準工具--彼此不一致。"
Credit: NASA，ESA，CSA et al.
6.SHINING A SPOTLIGHT ON THE FIRST SUPERMASSIVE BLACK HOLES
聚焦首個超大質量黑洞
今年，JWST 幫助天文學家看到了來自兩個早期星系的星光，他們認爲最早的超大質量黑洞之一就出現在這兩個星系中。JWST觀測到的星系是宇宙在10億年前的樣子，顯示了隨着時間的推移，黑洞如何獲得深不可測的質量--通常是太陽質量的數百萬或數十億倍。
Credit: Ding，Qnoue，Silverman，et al.
7.COMPLEX ORGANIC MOLECULES IN A PRIMORDIAL GALAXY
原始星系中的複雜有機分子
今年 6 月，天文學家揭示，JWST 發現了有趣的碳基分子，類似於地球上石油和煤炭礦牀中發現的碳基分子，它們來自 120 多億年前，當時宇宙的年齡僅爲現在的十分之一。在太空中，這些分子與微小的塵粒相連。由於我們望遠鏡的限制，探測它們一直是個挑戰。然而，"韋布空間望遠鏡真的讓尋找有機分子看起來太容易了，"德克薩斯農工大學的天文學家賈斯汀-斯皮爾克（Justin Spilker）告訴記者。
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來發現的最早的星系之一
這個模糊的橙色圓球是2022年夏天由JWST拍攝到的，被稱爲梅茜星系，2023年8月，天文學家宣佈它是迄今發現的最早的星系之一。這個星系似乎在宇宙只有 3.9 億年的時候就已經存在了，使它躋身爲已知最古老的四個星系之一。
"研究報告的作者、德克薩斯大學奧斯汀分校的天文學家史蒂文-芬克爾斯坦（Steven Finkelstein）告訴記者："這是一個未被發現的前沿領域，我們真的不知道星系是如何形成的，也不知道它們長什麼樣，直到我們用 JWST 去尋找它們。
Credit: NASA，et al.
9.THE MOST DISTANT SUPERMASSIVE BLACK HOLE EVER SEEN
迄今所見最遙遠的超大質量黑洞
今年 7 月，天文學家宣佈 JWST 發現了迄今爲止最遙遠的活動超大質量黑洞，它的宿主星系在宇宙大爆炸後僅 5.7 億年就形成了。然而，這個古老黑洞的質量卻低得令人費解--僅爲太陽的 900 萬倍。相比之下，這些宇宙巨獸的質量大多超過10 億個太陽質量。"研究人員說："現在還很難解釋它是如何在宇宙誕生後這麼快就形成的。
Credit: NASA，ESA，CSA，et al.
10.THE JWST REDISCOVERS AN ANCIENT GHOSTLY GALAXY
JWST 重新發現了一個古老的幽靈星系
最近，天文學家對 JWST 發現的一個深藏在塵埃雲中的模糊星系很感興趣，部分原因是這個星系是在宇宙大爆炸 9 億年後出現的，當時第一批恆星剛剛出現。德克薩斯大學奧斯汀分校的天文學家傑德-麥金尼（Jed McKinney）在一份聲明中說："天文學家們還對這個星系等待揭示的科學原理很感興趣，它有可能告訴我們，有一大羣星系一直在躲在我們的視野盲區裡。“
Credit: The University of Texas at Austin
11.THE JWST SPOTS 3 POSSIBLE FABLED "DARK STARS"
JWST 發現 3 顆可能的傳說中的 "暗星"
今年 7 月，天文學家報告說，JWST 發現了三顆可能是 "暗星 "的明亮天體（暗星指的是感恩而死樂隊的歌曲 "Dark Star"）。這些 "恆星 "最初在2022年被JWST標記爲星系。
德克薩斯大學奧斯汀分校物理學教授凱瑟琳-弗雷斯（Katherine Freese）在一份聲明中說："當我們觀察韋布空間望遠鏡回傳的數據時，我們在兩種可能之間徘徊。一種可能是它們是包含數百萬顆普通的III 類恆星的星系。另一個原因是它們是暗星。信不信由你，一顆暗星的光足以與整個星系的恆星相抗衡。“
天文學家認爲這類恆星是由暗物質驅動的，暗物質是一種難以捉摸的物質，佔宇宙物質的85%，但望遠鏡卻看不到。研究人員說，如果暗星真的存在，那麼它們的存在將有助於解決一個非常年輕的宇宙是如何成長到容納如此多大型星系的令人費解的觀測問題，正如 JWST 所觀測到的那樣。
Credit: NASA，ESA
12.THE EARLIEST GALAXIES LOOKED SURPRISINGLY SIMILAR TO OUR MILKY WAY
最早的星系看起來與我們的銀河系驚人地相似
根據星系演化理論的預測，我們宇宙中最早的星系還太年輕，無法展現任何明顯的特徵，比如旋臂、條狀或環狀；天文學家認爲這些更復雜的結構是在宇宙大爆炸後大約 60 億年開始出現的。但今年，JWST 發現，早在宇宙大爆炸後 37 億年，就可能存在具有如此精緻形狀的星系。
研究報告的合著者、英國曼徹斯特大學天文學教授克里斯托弗-康塞萊斯在一份聲明中說："根據我們的研究結果，天文學家必須重新思考我們對第一批星系的形成以及過去 100 億年星系演化過程的理解。“
Credit: L. Ferreira, C. Conselice
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蛾眉相的土衛二
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