未來韋伯望遠鏡在尋找星際水時將引起轟動

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】水對生命是至關重要的，但是水是怎樣產生的呢？煮一些水比混合氫和氧要多。它需要在寒冷的分子雲深處找到特殊的條件，在那裡防塵可以抵禦破壞性的紫外線和艾滋病的化學反應。美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將研究這些宇宙蓄水池，以了解水的起源和演化，以及其他適合居住的行星的關鍵構造塊。分子雲是由塵埃、氣體和各種分子組成的星際雲，從氫分子(H2)到複雜的含碳有機物。分子雲佔據了宇宙中的大部分水，為新生恆星及其行星提供了溫床。在這些雲里，在微小的塵埃顆粒表面，氫原子與氧氣連接形成水。碳與氫結合生成甲烷。氮與氫結合生成氨。所有這些分子都粘在塵埃微粒的表面上，在數百萬年的時間裡積累起了冰層。

來自新生恆星的藍光照亮了反射星雲IC 2631。這個星雲是Chamaeleon恆星形成區域的一部分，韋伯將研究這一區域，以了解更多關於水和其他宇宙冰的形成。圖片信息及版權：European Southern Observatory (ESO)

結果是大量的「雪花」被嬰兒的行星掃過，為我們所知的生命提供了所需的物質。「如果我們能了解這些冰的化學複雜性的分子雲,以及它們是如何在形成恆星和行星的形成,然後我們可以評估生命的基石是否應該存在於每一個恆星系統。梅麗莎·麥克盧爾說：項目范阿姆斯特丹一個研究項目的主要研究者調查宇宙冰。為了了解這些過程，一名董事可自由選擇的早期釋放科學項目將考察附近的恆星形成區域，以確定哪些冰存在於何處。計劃使用各種韋伯的儀器模式和能力，不僅是為了研究這一地區，而且要了解如何最好地與韋伯一起研究宇宙冰，麥克盧爾項目的研究者太空望遠鏡科學研究所(STScI)的Klaus Pontoppidan說。這個項目將利用Webb的高解析度光譜圖來獲得最敏感和精確的波長的觀測，具體測量冰的波長。韋伯的光譜儀，NIRSpec和MIRI，將提供比以往任何太空望遠鏡近紅外波長的5倍精度。

嬰兒恆星和彗星搖籃

該小組由麥克盧爾和聯合首席調查員阿德溫·波格特(夏威夷大學)和哈羅德·林納茲(萊登大學)領導，他們計劃將目標對準在南部天空中可以看到的「變色龍」。它距離地球約500光年，包含幾百個原恆星，其中最古老的大約有100萬年的歷史。Pontoppidan說：這個區域有一些我們正在尋找的東西。研究小組將使用韋伯的靈敏紅外探測器觀察分子雲背後的恆星。當光線從那些微弱的背景中穿過雲層時，雲中的冰會吸收一些光線。通過觀察許多背景恆星在天空中傳播，天文學家可以在雲的整個範圍內繪製出冰，並找到不同冰的形狀。

在這個動畫中飛進圍繞著一顆年輕恆星的原行星盤。在圓盤內，微小的塵埃顆粒在數千年的時間裡積累了層層的冰。這些宇宙的雪花被形成的行星捲起來，為生命提供關鍵的成分。圖片信息及版權：NASA/JPL-Caltech/R. Hurt

他們還將針對雲本身的單個原恆星，了解這些新生恆星的紫外光如何促進更複雜的分子的產生。天文學家還將研究行星的誕生地、旋轉的氣體和塵埃盤，這些氣體和塵埃被稱為原行星盤，環繞著新形成的恆星。他們將能夠測量距離嬰兒恆星50億英里遠的冰的數量和相對丰度，也就是冥王星在我們太陽系中的軌道距離。彗星被描述成塵土飛揚的雪球。至少在地球上的一些海洋中的水可能是由彗星早期在我們太陽系的歷史中所造成的。我們將研究彗星在其他恆星周圍形成的地方。

實驗室實驗

為了理解韋伯的觀察，科學家們需要在地球上進行實驗。韋伯的光譜儀將把紅外線照射到彩虹光譜中。不同的分子吸收特定波長的光或顏色，從而產生暗的光譜線。實驗室可以測量各種物質來建立一個分子「指紋」的資料庫。當天文學家從韋伯的光譜中看到這些指紋時就能識別出產生吸收線的分子或分子家族。哈佛-史密森天體物理中心的Karin Oberg解釋說：實驗室研究將有助於解決兩個關鍵問題。第一個是分子的存在。但同樣重要的是將看看這些冰是如何到達那裡的。是如何形成的?我們與韋伯的發現將有助於告知我們的模型，並讓我們了解在非常低的溫度下形成冰的機制。

這幅來自韋伯望遠鏡的模擬光譜圖展示了在恆星形成區域，如鷹狀星雲(背景)中可以探測到的各種分子。圖片信息及版權：NASA, ESA, the Hubble Heritage Team, and M. McClure (Universiteit van Amsterdam) and A. Boogert (University of Hawaii

奧伯格補充說：要完全挖掘出韋伯的數據還需要數年時間。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將成為未來十年世界上最重要的紅外空間天文台。韋伯將幫助人類解開我們太陽系的奧秘，透過遙遠的世界，觀察其他星球，探索宇宙的神秘結構和起源，以及我們在宇宙中的位置。韋伯是由美國國家航空航天局(NASA)和其合作夥伴歐洲航天局(ESA)和加拿大太空總署(CSA)牽頭的一個國際項目。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：美國航天局戈達德太空飛行中心

編譯：中子星

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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