美國航天局(NASA)7月12日發布了詹姆斯·韋布空間望遠鏡拍攝的多張全彩宇宙圖像及光譜圖，此前一天，美國總統拜登公布了首張由韋布空間望遠鏡拍攝的全彩宇宙深空圖像。這些深邃的宇宙影像，立即引起了全球天文學家和科學愛好者的關注。

特別是首張圖像，它包含了上千個星系，但它所覆蓋的天區其實很狹小，僅相當于你展開手臂，觀察手指上的一粒沙子。這粒沙子般大小的天區，竟包含上千個類似銀河系的星系，那么整個宇宙有多少星系呢?雖然沒有準確答案，但天文學家推測，很可能遠不止1萬億個。

韋布四大科學目標令人振奮

作為哈勃空間望遠鏡的繼任者，韋布空間望遠鏡于去年12月25日發射升空。它的科學目標主要有4個，都令科學界為之振奮。

首要目標是尋找宇宙演化史上的第一縷星光，探測第一代星系和恒星。“很多天文學家認為，宇宙大爆炸后1億年至2億年間，第一代星系和恒星就誕生了。是不是這樣?恒星和星系是不是同時形成的?韋布空間望遠鏡有望告訴我們答案。”上海天文館網絡科普部部長、上海市天文學會副秘書長施韡說。

韋布空間望遠鏡的另外三大科學目標，分別是研究星系演化、研究恒星演化和行星形成、探測系外行星大氣和地外生命。

施韡解釋說，星系是如何演化的這個問題，天文學家有不同觀點，韋布拍攝到的星系早期紅外圖像，有望為這場科學爭議提供權威答案。早期恒星可能尚未發生核聚變，呈現“原恒星”狀態。其溫度比較低，只有1000—2000℃，也適合韋布觀測。

太陽系外的哪些行星可能存在生命?這個公眾關注度很高的問題，或許韋布將提供重要線索。它能探測系外行星大氣的譜線，分析大氣中水、二氧化碳等成分的含量，從而找到宜居行星，甚至發現地外生命的跡象。

試圖捕獲宇宙中“第一縷星光”

韋布空間望遠鏡之所以能捕獲近140億年前(宇宙大爆炸后1億年至2億年間)的星光，是因為它的觀測能力十分強大。其有效直徑達到6.5米，由18個六邊形的凹面鏡組成，收集光線的面積是哈勃空間望遠鏡的2.7倍。而且與哈勃空間望遠鏡的可見光與紫外波段觀測不同，韋布空間望遠鏡以紅外波段觀測為主，與宇宙中的“第一縷星光”性質吻合。

第一代星系和恒星為何發出的是紅外波段星光?這要從“宇宙學紅移”說起。這個現象是美國天文學家哈勃發現的，指遠離我們的星系所發出光的光譜會向紅色一端移動，其原因是光的宇宙膨脹和多普勒效應。

第一代星系和恒星發出的光，其峰值在紫外波段，但經過上百億年的星際旅行，這些星光進入了近紅外甚至中紅外波段，因此作為一個擁有“遠大理想”的韋布望遠鏡選擇在紅外波段工作。

宇宙星系數或不止1萬億個

最近公布的韋布空間望遠鏡“處女秀”圖像，捕捉到了距離我們130億光年的星系。它們發出的光，在經歷130億年后才到達太陽系，揭示了宇宙演化早期的秘密。施韡介紹，這幅圖像中央呈白色橢球狀是星系團SMACS 0723，距離我們46億光年，它正好位于地球和130億光年外的星系中間，構成了“三點一線”。由于星系團巨大的質量產生引力透鏡效應，原本被星系團SMACS 0723擋住的星系光芒因扭曲、變亮，被韋布空間望遠鏡捕獲。

引力透鏡效應是廣義相對論預言的一種現象。由于時空在大質量天體附近會發生畸變，光線經過大質量天體附近時發生彎曲。如果在觀測者到光源的直線上有一個大質量的天體，則觀測者會看到由于光線彎曲而形成的一個或多個像，這種現象因形如凸透鏡的觀察效果，被稱為引力透鏡效應。

在這幅只有一粒沙子大小的天區深空圖像中，韋布空間望遠鏡依靠其巨大的聚光能力，拍攝到了上千個星系。天文學家曾根據哈勃空間望遠鏡拍攝到的某個天區星系數量，推測宇宙約有1萬億個星系。作為下一代旗艦望遠鏡，韋布不僅看得更多，而且看得更遠，揭示出宇宙的星系數量很可能不止1萬億個，說不定還要增加一個數量級。

施韡算了“一筆賬”：如果宇宙有10萬億個(10的13次方)星系，而保守估算，平均每個星系有1000億—2000億顆(10的11次方)恒星，那么宇宙中的恒星數量高達2億億億顆(10的24次方)。由此可見，宇宙是多么浩瀚無垠!

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