在距離地球1.5億公里的軌道上，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）正以“宇宙考古學家”的身份改寫教科書。這臺人類最強大的紅外望遠鏡近期在一顆近地彗星中，首次直接探測到凍結的水分子和復雜有機分子，為“地球水源于彗星撞擊”的假說提供了迄今最有力的證據。與此同時，它對早期宇宙星系的觀測則持續挑戰現有理論，讓天文學家不得不重新思考“宇宙嬰兒期”的成長故事。

彗星中的“液態水密碼”：與地球海洋成分高度相似

2023年，JWST將鏡頭對準了編號為103P/Hartley 2的近地彗星。這顆直徑僅1.6公里的“臟雪球”在接近太陽時，其彗發（彗星周圍的氣體塵埃云）被韋伯的中紅外儀器捕捉到清晰的光譜信號——除了熟悉的水分子特征，還有甲醇、甲醛等有機分子的“指紋”。更關鍵的是，這些水的氘氫比（水分子中重氫與普通氫的比例）與地球海洋幾乎一致。

“這就像在彗星上找到了地球的‘出生證明’?！奔s翰霍普金斯大學應用物理實驗室的 planetary scientist 安德魯·D·波特解釋，氘氫比是天體形成環境的“化學標簽”，此前哈勃望遠鏡觀測的彗星多因比值不符被排除為地球水來源。而103P/Hartley 2的比值與地球海洋誤差不超過5%，暗示早期太陽系形成時，這類彗星可能通過頻繁撞擊為地球“輸送”了大量液態水。

123億光年外的“星系早熟癥”：傳統模型難以解釋的亮度謎題

如果說彗星研究是“太陽系家譜”，韋伯對早期宇宙的觀測則像打開了“宇宙成長相冊”。在距離地球123億光年的區域（即宇宙大爆炸后僅15億年），它發現了一批亮度遠超預期的星系。這些被稱為“宇宙黎明”時期的天體，其紫外線輻射強度是現有星系形成模型預測值的10倍以上。

“好比發現一個嬰兒剛出生就長到了成年人的身高?！奔又荽髮W圣克魯茲分校的宇宙學家加斯·伊林沃思打了個比方。傳統理論認為，早期星系應通過緩慢合并逐漸增長，而韋伯觀測到的星系不僅亮度高（暗示恒星形成速率快），且結構更緊湊。一種可能的解釋是，這些星系中的恒星形成并非勻速進行，而是以“爆發式”方式短時間內形成大量恒星，就像宇宙中的“生長突增”。

從“故障排除”到“科學突破”：韋伯的“成長煩惱”

這臺造價100億美元的望遠鏡并非一帆風順。2023年初，其核心儀器之一的中紅外探測器在長波波段出現不明原因的靈敏度下降，雖然后續穩定下來，但仍影響了對極暗天體的觀測。更棘手的是初期數據處理軟件的“水土不服”——由于未充分考慮鏡面微小偏差和探測器噪聲，前三個月的部分光譜數據存在系統誤差，迫使科學家手動校準。

“哈勃望遠鏡也曾經歷類似的‘青春期’?！敝ゼ痈绱髮W教授溫迪·弗里德曼回憶，哈勃初期因鏡片磨制誤差導致“近視”，最終通過太空維修解決。相比之下，韋伯的問題更多源于復雜的地面模擬與太空環境的差異。如今隨著軟件迭代和觀測策略優化，其數據質量已達到設計指標，2024年觀測申請的通過率僅為11%，成為天文學界的“香餑餑”。

下一步：尋找“第二個地球”與宇宙膨脹謎題

韋伯的下一個目標更加雄心勃勃：通過透射光譜法詳細分析系外行星K2-18 b的大氣成分。這顆距離地球120光年的“超級地球”已被確認存在甲烷和二氧化碳，韋伯將嘗試尋找氧氣與甲烷的共存跡象——這種組合在地球上通常由生命活動產生。盡管科學家強調“找到生命證據為時尚早”，但韋伯的靈敏度已能探測到地球大氣中人類活動產生的氟利昂，為“尋找地外文明”提供了新工具。

與此同時，它對宇宙膨脹速率的測量仍未彌合“哈勃常數危機”。通過觀測造父變星，韋伯得出的膨脹速率與哈勃望遠鏡一致（73公里/秒/百萬秒差距），與基于宇宙微波背景輻射的測量結果（67.4公里/秒/百萬秒差距）持續存在矛盾。“這可能意味著我們需要在愛因斯坦的引力方程中加入新的物理常數?！币亮治炙纪茰y，解開這個謎題或許需要等待韋伯對更遙遠星系的觀測數據。

來源: Engineering