天文学中关于星系的部分（韦伯望远镜发现）

现代天文学告诉我们，宇宙起源于138亿年前的一场奇点大爆炸。

爆炸瞬间诞生了空间和时间，随后物质迅速扩张，在上千万年间的时间里逐渐冷却下来，它们合成了各种基本粒子，又在之后的数亿年内缓慢演变，直至出现第一颗恒星，形成第一个星系。

它们的历史距离我们过于遥远，不过现代科技的加持能够让我们从遥远的深空中窥见一二，那么人类找到宇宙中第一批闪耀的原始星系了吗？

韦伯望远镜或许能告诉我们答案。

近日，从美国宇航局传来消息，韦伯望远镜发现了两个宇宙大爆炸之后形成的第一批星系。根据估算，这两个星系大约形成于宇宙诞生后3.5亿年和4.5亿年，成为了目前为止人类找到的最古老的星系。

第一个星系来自于巨型星系团Abell 2774的外围区域，第二个是红移值约为12.5的星系GLASS-z12，它们的质量都非常小，只有银河系的几十分之一，但却十分遥远且古老。

光的速度有限，天体距离我们越遥远，它们的光抵达地球所需的时间就越长，因此当我们利用望远镜观望宇宙深处时，实则是在观望宇宙过去的历史，我们想知道，宇宙诞生时究竟发生了什么？

上世纪三十年代，美国天文学家艾德温.哈勃在观测河外星系时，发现绝大多数星系都在光谱中展现了明显的红移特征。

红移是特征是波的一种特殊效应，无论是声波也好光波也罢，它们都具有多普勒效应。即当物体靠近观测者时，波长变短，频率会升高，反之当物体远离观测者时，频率就会降低，同时波长变长。

物体运动的速度越快，多普勒效应就越明显。

在可见光中，红色的频率最低波长最长，蓝色的频率最高，波长也就最短。因此，当哈勃发现了星系的红移特征时，就说明这些星系都在远离地球，并且越远的速度越快，起初他以为只是星系在快速移动，后来人们发现是物质所在的空间不断膨胀。

倒推历史，这说明宇宙间的物质在某一个时间点前是凝聚在一起的。

由此就得到了宇宙大爆炸理论，即宇宙由一场奇点爆炸诞生，-但我们无法得知奇点状态，光子在在爆炸发生后38万年内无法自由飞行，所以目前来说科学家对大爆炸时的初期状态其实是一无所知的。

大爆炸后的1036秒左右宇宙发生了暴涨，即在极短的时间内，宇宙从一个点以超光速扩张到了极大的范围，我们同样也无法得知这一过程究竟是怎样发生的，只能寄希望于看到更远，更古老的天体，比如GLASS-z12，它看起来似乎是从未谋面的第一代恒星。

宇宙形成之初，氢元素占了宇宙物质总量的92%左右，其次是氦元素占了8%，最后不到1%的部分由锂元素组成，可以看出来，最初宇宙间的金属元素非常稀少，这也就决定了第一代恒星的金属丰度会非常低。

而我们现在能够看到的绝大多数恒星都拥有较高的金属丰度，和第一代恒星已经截然不同。

并且宇宙中物质密度较高，在这种情况下，恒星的质量也会比现在大很多。而大质量恒星内部的氢氦核聚变更加强烈，导致氢燃料消耗的速度就更快，寿命更短，有些只有千万甚至百万年的时间。这就使得我们目前很难在宇宙中找到第一代恒星。

GLASS-z12在光谱中异常明亮，科学家猜测它有可能就是第一代恒星。也有部分人认为可能是GLASS-z12的质量比较大，所以才展现了异常明亮的光谱，要进一步确定细节，还需要韦伯望远镜继续观测。

古老的星系往往距离地球很遥远，而距离我们越远的星系远离地球的速度就越快，所以从那里而来的光在空间膨胀的过程中逐渐从可见光被拉长到红外光，这时要观察到它们的难度不亚于在近地轨道找地球表面的一个硬币。

为了完成这类艰巨的任务，韦伯望远镜付出了不少的努力。

负责在红外波长观察宇宙的是中红外仪器，它具有极高的灵敏度，能够捕捉到遥远深空中的微弱热量。不过望远镜自身仪器就会散发热量，要保持高灵敏度就必须降温，于是韦伯望远镜被设计在了位于地球100万英里的拉格朗第二日点，隐藏在行星和巨大的遮阳板后。

经过精心设计，此时韦伯望远镜自身的温度已经能够保持恒定在零下223摄氏度。不过还不太够，中红外仪器需要更低的温度。

因此韦伯望远镜安装了一个低温冷却器，低温冷却器更像是一个复杂的冰箱，制冷剂在管道系统中冷却，然后通过仪器泵传送以保持低温。

实际运行时，韦伯望远镜的温度只有零下266摄氏度，只比绝对零度高了7摄氏度，韦伯望远镜不是首个停在拉格朗第二日点的探测器，但却是人类有史以来最强大的宇宙之眼。

如果想知道深空中有什么， 那就让韦伯望远镜朝那里看看吧。