宇宙飞船的速度,好奇:詹姆斯韦伯望远镜事实会看到什么?

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当动漫遇上航天,我们的征途不止是星辰大海

4月23日,腾讯动漫推出系列航天创意视觉海报致敬“424中国航天日”,海报内容由航天日主题“逐梦航天-合作共赢”延伸,从时间的维度回顾中国航天事业的重大历史事件并对未来的中国航天实力进行畅想,希望以动漫之力传承并发扬中国航天精神

  美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜将在2021年搭乘阿丽亚娜5型重型运载火箭发射升空,进入距地球约莫160万公里的绕日轨道。这架望远镜的反射镜直径到达6.5米,将成为有史以来被送入太空的最大望远镜。韦伯能够对宇宙举行红外观察,捕捉最遥远的恒星和星系影像。在这架望远镜的辅助下,科学家将进一步窥探宇宙的隐秘。
宇宙飞船的速度,好奇:詹姆斯韦伯望远镜事实会看到什么?   詹姆斯·韦伯望远镜艺术概念图,哈勃太空望远镜的接棒人   詹姆斯•韦伯太空望远镜的一大使命是观察宇宙的第一批星系,辅助科学家领会这些星系的形成以及与暗物质之间的关系。宇宙中的绝大多数物质都是不能见的(即暗物质),但其引力将包罗星系在内的宇宙万物粘合在一起。通过研究这些星系,尤其是它们的形成,科学家能够获得主要线索,进一步展现暗物质的运转机制。   天文学研究要比我们以为的庞大的多。在观察遥远星系时,科学家面临一系列挑战,其中一大挑战是若何穿透厚厚的尘云,以便看到它们的庐山真面目。不管你喜欢与否,尘云就在那里。庆幸的是,通过一些巧妙的模拟,科学家最先刺透尘云,还原星系的本来面目。
宇宙飞船的速度,好奇:詹姆斯韦伯望远镜事实会看到什么?   年轻恒星V1331 Cyg,最终将发育成与太阳类似的成熟恒星   宇宙降生后几亿年,第一批星系最先形成。但迄今为止,我们尚无法获得这些星系的直接影像。缘故原由很简朴:它们距地球太过遥远,若是没有一架巨型望远镜,我们无法捕捉它们的光线,也就无缘得见它们的真面目。由于距离太远再加上宇宙一直处于膨胀状态,首批星系的光线不再是可见光,而是红移到红外光谱。若是想对这些婴儿星系举行观察,我们需要一架大型红外望远镜。这也就是为什么科学家要研制詹姆斯·韦伯望远镜。   韦伯望远镜并不是一台丈量仪器,不会对大到难以想象的宇宙区域举行测绘。不外,这架望远镜能够为我们描绘130亿年前的宇宙肖像,尤其是那些遥远的早期星系的长相。星系的结构和组成取决于暗物质。无论是暗物质的数目、组成照样群集方式,都市影响星系的形成。暗物质的特征影响星系的数目、亮度,甚至会影响星系会孕育出怎样的恒星。不外,暗物质的特征仍是一个未知数。
宇宙飞船的速度,好奇:詹姆斯韦伯望远镜事实会看到什么?   2017年12月1日,德州休斯敦的约翰逊航天中央,美国宇航局的工程师与詹姆斯•韦伯太空望远镜合影留念   现在,科学家只能通过模拟去领会星系与暗物质之间的关系。这是由于我们尚没有大量直接的暗物质观察手段。就像名字表示的那样,我们尚未完全清晰暗物质的组成。有时候,我们只能展望,将这些展望加入到宇宙演化的电脑模子,以便领会恒星、气体和灰尘等正常物质若何响应暗物质的影响并最终形成星系。   通过将韦伯望远镜观察到的星系影像和统计数据与一系列电脑模拟举行对照,我们能够确定哪些情形最为匹配,进而找到准确度最高的暗物质模子。在此基础上,我们能够进一步领会宇宙,包罗寻找引力的奇异模子和获得暗物质神秘特征的线索。
宇宙飞船的速度,好奇:詹姆斯韦伯望远镜事实会看到什么?   2018年3月8日,

大型强子对撞机:或可窥探“黑暗世界”的物理学

科学家可能找到一种新途径,窥探“黑暗世界”的物理学。这里的黑暗世界是指暗物质和暗能量,它们在宇宙中的比重达到95%。暗物质对正常物质产生引力拖拽,暗能量据信导致宇宙膨胀速度加快。不过,科学家从未对它们进行直接观测。

加州雷东多滩的诺斯罗普•格鲁曼公司,工作人员从特制的STTARS货箱运走韦伯望远镜的光学部件和科学仪器   听起来简朴直接,但事实并非如此。观察宇宙是一个极为庞大且难度极高的挑战,由于宇宙不只存在恒星、星系和暗物质,同时还存在许多滋扰因素。宇宙中存在大量灰尘或者说尘云。宇宙灰尘由碳、氧和其它物质组成,在星系内、星系周围和星系之间一直旋转。换言之,星系际空间是一个异常杂乱的所在,大量灰尘的存在会扰乱光线。   在穿行数十亿光年的距离,最终抵达韦伯望远镜过程中,遥远星系的光线会与大量灰尘发生交互。光线会由于灰尘的存在发生散射,强度削弱,同时还会发生红移。换句话说,若是我们想窥探这些年轻星系的容貌,我们就不得不与一层“薄雾”打交道。只要有尘云存在,我们就永远无法获取早期宇宙的直接影像。
宇宙飞船的速度,好奇:詹姆斯韦伯望远镜事实会看到什么?   2016年10月14日,工程师和技术人员乐成完成主镜的第一个主要测试——曲率中央测试。完成光学测试后,“韦伯”还要接受一系列严酷的机械测试   不外,科学家还可以借助模拟,研究早期宇宙和首批星系。虽然是模拟,但使用的却是真实数据。这些数据并非来自于早期宇宙(由于我们尚未获取早期宇宙的数据),而是来自四周的宇宙区域。对我们所处的局部宇宙星系间灰尘的特征,科学家已经举行了相当详尽的测绘、观察和研究。这些数据随后输入到早期宇宙的电脑模拟,以尽可能准确展望韦伯望远镜可能看到的情景。这就像我们采集周围薄雾的样本,尔后行使样本剖析得出的数据推测一座遥远灯塔的容貌。
宇宙飞船的速度,好奇:詹姆斯韦伯望远镜事实会看到什么?   2017年3月5日,戈达德太空飞行中央的航天器系统开发与集成设施,技术人员关闭无尘室的电灯,行使高亮手电和特殊紫外灯检查韦伯望远镜,以确定是否遭到污染   最近,一支研究小组宣布了一组名为IllustrisTNG的模拟效果。正如名字表示的那样,这些模拟极其庞大,不仅涉及暗物质和星系形成,同时还模拟星系放射的光线穿过数十亿光年的灰尘,尔后进入韦伯等观察装备的视野。   IllustrisTNG模拟的主要目的是展望韦伯望远镜可能看到的情景。具体地说,就是在天文学家所说的星系光度函数的观察中,韦伯望远镜能够得出怎样的发现。通过研究星系光度函数,科学家能够推测每个亮度级别的星系数目,即若干明亮星系?若干中等亮度星系和若干昏暗星系?暗物质特征会影响星系光度函数。例如,若是暗物质成块漫衍,我们的宇宙将存在更多明亮星系,从而改变光度函数。
宇宙飞船的速度,好奇:詹姆斯韦伯望远镜事实会看到什么?   IllustrisTNG模拟项目的合成图像。左侧的插入图展示了星系之间的交互以及恒星光晕的细小结构。右侧插入图展示了两个大质量中央星系的恒星光线。很明显,大质量星系的光线“淹没”恒星光晕的光线   但光度函数自己也会受到灰尘影响,由于灰尘改变了所有星系发出的光线。这些模拟是科学家首次实验描绘端对端图景,展望韦伯望远镜可能看到的情景或者说有关暗物质和星系形成的潜在观察发现。   IllustrisTNG只是一个最先。这些模拟涉及大量立基于现有观察数据的展望和设想。等到韦伯望远镜真正服役,科学家将获取更多数据,从而举行更深入的研究和模拟,进一步窥探宇宙的隐秘。

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