從2022年7月至2025年7月，詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）以其卓越的紅外探測能力，掀開了宇宙神秘面紗的一角。從大爆炸后的首批星系到系外行星的奇異大氣，這臺望遠(yuǎn)鏡在短短三年內(nèi)積累了近550TB數(shù)據(jù)，催生了1600余篇研究論文。2025年7月，知名科學(xué)推廣平臺phys.org列出JWST十大重要發(fā)現(xiàn)。具體由NASA和空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所（STScI）共同選出，評選標(biāo)準(zhǔn)基于科學(xué)突破性、數(shù)據(jù)質(zhì)量和新穎性、研究產(chǎn)出量、公眾吸引力等要素，并且這些發(fā)現(xiàn)都是經(jīng)過同行評審的成果。三體引力波以生動(dòng)筆觸，結(jié)合豐富數(shù)據(jù)和細(xì)節(jié)，為你娓娓道來。

●宇宙的青春期：演化比想象中更迅猛

韋伯的設(shè)計(jì)初衷是窺探宇宙破曉時(shí)期——大爆炸后約10億年內(nèi)首批恒星和星系的形成?？茖W(xué)家預(yù)期看到的是一些微弱的星系雛形，然而韋伯的觀測卻顛覆了這一假設(shè)。在大爆炸后僅3億年（約135億年前），宇宙中已遍布異常明亮且質(zhì)量驚人的星系。例如，詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡高級深空外星系調(diào)查深空場（JADES Deep Field）圖像顯示▲，數(shù)千個(gè)星系擠在小小的天區(qū)內(nèi)，其中包括存在于宇宙僅6億歲時(shí)的類銀河系螺旋結(jié)構(gòu)。這些星系的恒星形成速率遠(yuǎn)超預(yù)期，化學(xué)元素豐度也表明它們已經(jīng)歷了多代恒星的生死循環(huán)。

更令人驚訝的是，韋伯發(fā)現(xiàn)一些星系在大爆炸后10億年內(nèi)便停止了恒星形成，進(jìn)入休眠狀態(tài)，而其他星系則在15億年內(nèi)演化成現(xiàn)代的宏偉螺旋星系。如果將宇宙138億年的歷史壓縮為一年，這些早期星系的成長如同新年后的兩周內(nèi)從嬰兒躍升為青年。韋伯的觀測表明，宇宙早期的星系形成與元素富集過程比理論模型預(yù)測的快得多，迫使科學(xué)家重新審視宇宙演化的時(shí)間表。

●小紅點(diǎn)：深空中的神秘星系

在韋伯視野中，一類全新的星系類型浮出水面——小紅點(diǎn)▲。這些星系緊實(shí)、明亮且呈紅色，廣泛出現(xiàn)在大爆炸后約6億年的宇宙中（約132億年前），卻在10億年后迅速減少。JADES項(xiàng)目在深空視場中發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個(gè)小紅點(diǎn)，它們的光度異常高，可能是由密集的超亮恒星群或吸積到超大質(zhì)量黑洞的氣體驅(qū)動(dòng)。光譜分析顯示，它們的紅移值高達(dá)z=8-10，表明它們處于宇宙極早期。

小紅點(diǎn)的緊實(shí)結(jié)構(gòu)令人費(fèi)解：它們的體積遠(yuǎn)小于現(xiàn)代星系，卻擁有驚人的恒星質(zhì)量，有時(shí)甚至接近銀河系的十分之一。它們?yōu)楹稳绱嗣髁?？為何在早期宇宙曇花一現(xiàn)？韋伯正在通過高分辨率光譜和多波段成像深入研究，試圖揭示小紅點(diǎn)的形成機(jī)制及其后續(xù)演化。一種假說認(rèn)為，它們可能演化為現(xiàn)代的橢圓星系，但這一過程的具體路徑仍待破解。

●哈勃張力：宇宙膨脹的未解之謎

宇宙的膨脹速度——哈勃常數(shù)，一直是天文學(xué)的熱點(diǎn)問題。不同測量方法得出的結(jié)果存在分歧，形成了所謂的哈勃張力。韋伯的精準(zhǔn)觀測為這一爭論提供了關(guān)鍵證據(jù)。它利用紅外成像分辨了擁擠星場中的造父變星（用于測量宇宙距離的標(biāo)準(zhǔn)燭光），排除了光污染對測量的干擾。此外，韋伯發(fā)現(xiàn)了一顆被引力透鏡放大的超新星，▲其圖像在三個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)，分別對應(yīng)爆炸的不同階段。通過分析超新星的亮度變化，科學(xué)家獲得了獨(dú)立的膨脹率測量，結(jié)果與造父變星法一致，但與宇宙微波背景輻射推算的值相悖。

這些數(shù)據(jù)表明，哈勃張力可能反映了宇宙中未知的物理機(jī)制，而非測量誤差。韋伯的后續(xù)任務(wù)包括觀測更多標(biāo)準(zhǔn)燭光和引力透鏡事件，以進(jìn)一步驗(yàn)證膨脹率。未來的發(fā)現(xiàn)或許會揭示暗能量或新粒子的作用，重塑我們對宇宙結(jié)構(gòu)的理解。

●系外氣態(tài)巨行星：化學(xué)與氣候的奇觀

韋伯將系外行星大氣研究推向了新的高度。在氣態(tài)巨行星WASP-107 b的透射光譜中，韋伯探測到水蒸氣、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、二氧化硫和氨等化學(xué)物質(zhì)，首次清晰揭示了系外行星大氣的復(fù)雜組成?！Y(jié)合哈勃望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，科學(xué)家估算出WASP-107 b的核心質(zhì)量和內(nèi)部溫度，揭示了大氣動(dòng)力學(xué)特征。

在熾熱的WASP-17 b上，韋伯發(fā)現(xiàn)了硅酸鹽顆粒形成的雪花狀云層，表明大氣中存在類似地球火山噴發(fā)的化學(xué)過程。而在WASP-39 b上，韋伯測量了晨昏交界處的溫差和云層分布，顯示永久晨側(cè)與暮側(cè)的氣候差異。這些發(fā)現(xiàn)不僅展示了系外行星的多樣性，還為行星形成理論提供了實(shí)證數(shù)據(jù)。韋伯計(jì)劃繼續(xù)觀測更多系外行星，探索其大氣演化與母星環(huán)境的關(guān)系。

●巖石行星：巖漿世界的微妙大氣

探測巖石行星的薄大氣層是天文學(xué)的終極挑戰(zhàn)之一，韋伯憑借紅外靈敏度取得了突破。▲在距離地球40光年的55 Cancri e——一顆表面覆蓋巖漿的熔巖世界，韋伯探測到可能由一氧化碳或二氧化碳構(gòu)成的大氣跡象。這些氣體可能由地表巖漿揮發(fā)產(chǎn)生，表明這顆行星盡管極端熾熱，仍能維持稀薄大氣。相比之下，韋伯排除了其他巖石行星（如TRAPPIST-1系統(tǒng)中的行星）擁有厚大氣的可能性。

這些發(fā)現(xiàn)為NASA未來的宜居世界天文臺（Habitable Worlds Observatory）鋪平了道路，該天文臺將專注于直接成像地球般大小的宜居行星。韋伯的后續(xù)觀測將聚焦于更多巖石行星，探索其大氣是否能支持生命存在的化學(xué)條件。

●螺旋星系：宇宙城市的精細(xì)解剖

韋伯的紅外成像揭示了鄰近螺旋星系的驚艷細(xì)節(jié)，仿佛為我們繪制了一幅宇宙城市的地圖?！訬GC 628（幻影星系）為例，韋伯展示了塵埃絲縷勾勒的螺旋臂、古老恒星團(tuán)構(gòu)成的核心，以及年輕恒星在發(fā)光塵埃繭中的孕育過程。圖像中，熾熱的恒星群在塵埃中雕刻出直徑達(dá)數(shù)光年的空洞，顯示了恒星風(fēng)與超新星爆炸對星系環(huán)境的改造。

韋伯還揭示了星系中塵埃與氣體的動(dòng)態(tài)循環(huán)：新恒星從塵埃云中誕生，死亡時(shí)又將重元素播撒回星際介質(zhì)。這些觀測不僅加深了我們對星系結(jié)構(gòu)的理解，還為研究恒星形成與星系演化的相互作用提供了寶貴數(shù)據(jù)。未來，韋伯將擴(kuò)展對更多星系的觀測，探索不同類型星系的形成路徑。

●褐矮星與流浪行星：模糊身份

褐矮星和流浪行星的界限一直是天文學(xué)的難題。褐矮星像恒星般形成但無法持續(xù)核聚變，而流浪行星則像行星般形成卻脫離了母星。韋伯在銀河系中發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個(gè)褐矮星類天體，甚至在鄰近的大麥哲倫云中探測到候選者▲。這些天體的質(zhì)量分布廣泛，有些僅為木星的3-5倍，挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)分類。通過光譜分析，韋伯揭示了這些天體的大氣成分和溫度，顯示出從行星到褐矮星再到恒星的連續(xù)過渡。它們的形成機(jī)制仍不明朗：是星云坍縮的產(chǎn)物，還是被逐出行星系統(tǒng)的流浪者？韋伯的觀測為研究低質(zhì)量天體的形成與演化提供了新視角，未來或?qū)⒅匦露x行星與恒星的邊界。

●行星幸存之道：恒星死亡后的軌跡

當(dāng)太陽這樣的恒星耗盡燃料時(shí)，就會膨脹成紅巨星，吞噬近距離行星，隨后坍縮成白矮星。行星能否幸存這一災(zāi)難性過程？韋伯發(fā)現(xiàn)了可能圍繞白矮星運(yùn)行的行星候選者，這些行星的軌道距離足以躲過紅巨星的吞噬。如果得到確認(rèn)，這將是首次證明行星能在恒星死亡后繼續(xù)存在。

這些候選行星的光譜特征顯示，它們可能擁有稀薄的大氣或塵埃盤，暗示表面仍在發(fā)生地質(zhì)活動(dòng)。韋伯這一發(fā)現(xiàn)為研究行星系統(tǒng)的長期命運(yùn)提供了新思路，未來的觀測將進(jìn)一步驗(yàn)證這些行星的性質(zhì)及其與白矮星的相互作用。

●土衛(wèi)二：土星水源的超級噴泉

土星的衛(wèi)星恩克拉多斯（土衛(wèi)二）以其南極噴射的水汽羽流而聞名，▲韋伯的觀測揭示了這一羽流的驚人規(guī)模。羽流形成的水汽云橫跨6000多英里，大約是土衛(wèi)二直徑的20倍，構(gòu)成一個(gè)環(huán)繞土星的甜甜圈狀環(huán)。光譜分析顯示，水汽中含有微量有機(jī)分子，暗示土衛(wèi)二地下海洋可能具備生命存在的化學(xué)條件。

部分水汽停留在土星環(huán)中，其余則擴(kuò)散至土星大氣，甚至以液態(tài)形式降落至土星表面。韋伯的觀測不僅展示了土衛(wèi)二作為海洋世界的重要性，還揭示了太陽系中水循環(huán)的復(fù)雜機(jī)制。未來，韋伯將持續(xù)監(jiān)測土衛(wèi)二及其他冰衛(wèi)星，探索宜居潛力。

●守護(hù)地球：追蹤小行星

2024年，一顆可能撞擊地球的小行星（2024 YR4）引發(fā)關(guān)注。▲韋伯迅速對其進(jìn)行了紅外觀測，確定其直徑約150米，相當(dāng)于一座15層樓高的大廈，最終排除了撞擊風(fēng)險(xiǎn)。這展示了韋伯在快速評估潛在危險(xiǎn)小行星方面的獨(dú)特能力。此外，韋伯支持NASA的雙小行星重定向測試（DART）任務(wù)，通過光譜分析確認(rèn)了撞擊Didymos雙小行星系統(tǒng)后噴射物的成分，顯示其為典型的硅酸鹽巖石。

這些數(shù)據(jù)驗(yàn)證了通過動(dòng)能撞擊改變小行星軌道的可行性，為地球防御提供了關(guān)鍵支持。韋伯將繼續(xù)監(jiān)測近地小行星，為行星防御和太陽系小天體研究貢獻(xiàn)力量。

●韋伯的無限可能

在短短三年間，韋伯將遙遠(yuǎn)宇宙拉近眼前，揭示了從早期星系的狂野成長到太陽系的動(dòng)態(tài)細(xì)節(jié)。然而，這只是序章。韋伯預(yù)計(jì)還能運(yùn)行至少20年，未來的觀測將解答更多謎題：首批恒星的形成機(jī)制是什么？星系如何誕生？暗物質(zhì)的本質(zhì)如何？宜居行星的大氣能否在活躍紅矮星旁存活？天衛(wèi)一是否也是海洋世界？

每一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)都伴隨著新的問題，韋伯的探索之旅仍在加速。它的觀測需求創(chuàng)下歷史之最，科學(xué)家們正滿懷期待，迎接下一輪震撼發(fā)現(xiàn)。宇宙的畫卷仍在展開，而韋伯是我們手中的畫筆，描繪著星空的無限可能。

關(guān)鍵信息索引：

phys.org: Three years of science: Ten cosmic surprises from NASA's Webb telescope

JWST Cycle 4 TAC Results

IAU Planetary Nomenclature

Webb Rules Out Thick Carbon Dioxide Atmosphere for Rocky Exoplanet

NASA Solar System Exploration: Enceladus

NASA’s Webb Finds Asteroid 2024 YR4 Is Building-Sized