[비즈한국] 利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的資料，史上最巨大的宇宙地圖的一角已經完成。現在，任何人都可以仔細觀察這幅地圖的每一個角落。乍一看，它可能顯得有些平淡無奇，但如果你親自去端詳這張照片，想法一定會改變。
還記得2022年7月透過詹姆斯·韋伯觀測首次公開的深場影象嗎？那張照片所覆蓋的天空範圍非常小，僅僅是用伸長手臂後指尖的一粒沙子就能遮住的狹窄區域。詹姆斯·韋伯的視野就是如此狹小。若想用這僅有沙粒大小的視野填滿整個宇宙的地圖，恐怕需要漫長的歲月。
然而，這次完成的宇宙地圖一角，其覆蓋面積足以填滿並超出天空中一顆滿月的範圍。考慮到詹姆斯·韋伯單次觀測視野的狹窄，就能感受到這一小塊地圖動用了多少觀測資料。僅在這次公開的照片中，就包含了超過80萬個星系。任何人都可以在高解析度下仔細檢視照片的每一個細節，建議大家親自去確認一下。
拍攝深場影象時，看起來似乎隨便朝哪個方向拍就行，但事實並非如此。即使是瞄準那片看起來空空如也的黑暗天區，也需要極其精確的目標設定。因為我們周圍的天空中，充斥著各種遮擋130億年前微弱宇宙光芒的障礙物。
首先，我們所在的銀河系盤面就是最令人頭疼的障礙。我們生活在直徑達10萬光年的巨大銀河系盤面邊緣。從側面觀察這個盤面所形成的斷面，就是銀河。這片銀河遮擋了頭頂夜空總視野的約20%~30%。人們甚至將其被遮擋的區域貶稱為“迴避帶”（Zone of Avoidance）。為了拍攝清晰的深場圖，首先必須瞄準不受銀河遮擋的天空。
用詹姆斯·韋伯拍攝深場時，還有一點需要注意。詹姆斯·韋伯是在紅外波段觀測宇宙。然而，宇宙空間各處都飄浮著含有氫氣的氣體塵埃雲。這些被周圍恆星和星系光芒微熱的雲團會散發出明亮的紅外光。如果巨大的氣體雲鋪展開來遮蔽了背後的背景宇宙，那麼從更遠宇宙飛來的微弱紅外線就會被掩蓋。因此，詹姆斯·韋伯能瞄準的深場方向，必須是不受氣體雲遮擋的區域。
事實上，此前哈勃太空望遠鏡在拍攝歷史性的深場圖時，也是經過嚴格考慮各種條件後才確定了瞄準方向。結果，它選擇了北斗七星附近的一小片天空，並在那個針眼般大小的天區中發現了數千個星系。
但是，哈勃也有侷限性。哈勃主要觀測可見光波段。雖然得益於宇航員多次上天更換裝置進行升級，它也能觀測部分紅外線和紫外線，但這還不足以觀測到大爆炸後，太初恆星和星系在宇宙史上首次發出光芒的“再電離時期”。因為在過去的138億年裡，隨著宇宙均勻膨脹，從遙遠宇宙飛來的光波長被更加劇烈地拉長了。為了觀測大爆炸後不久的遙遠過去，必須觀測更長的中紅外波段光芒，而詹姆斯·韋伯正在完成這項工作。
這次公開的宇宙地圖是利用詹姆斯·韋伯太空望遠鏡第一年執行的Cycle 1資料製作的。觀測太初耀眼的恆星和星系，以及據推測將整個宇宙電離的“再電離時期”，是詹姆斯·韋伯的主要目標之一。這一時期是大爆炸後宇宙年齡僅為3億至5億年的時刻。這意味著我們要去觀察距今135億年前，宇宙實際上只經歷了當前年齡1%~2%時的景象。
為此，天文學家們正在進行名為“宇宙演化巡天”（Cosmic Evolution Survey，簡稱COSMOS）的專案。在該專案中，詹姆斯·韋伯瞄準的是既沒有特殊星系也沒有氣體雲、空曠且無趣的黑暗宇宙。因此，相比於看點更多的北半球天空，它指向了在南半球天空中可見的非常小的星座——六分儀座方向。（遺憾的是，在韓國無法看到COSMOS場區域。）
在過去的一年裡，詹姆斯·韋伯斷斷續續地收集了來自六分儀座附近小塊天空的太初之光。累積的總曝光時間達到了255小時。利用詹姆斯·韋伯的NIRCam，透過不同紅外波段（F115W、F150W、F277W、F444W）的光線合成了彩色影象。詹姆斯·韋伯單次視場非常小，僅能看到比滿月還小得多的0.18平方度（deg²）區域，那是像沙粒一樣小的天空。透過一點一滴地拼接，總共填補了達到0.54平方度的更大天空區域地圖。它透過收集像沙粒一樣小的碎片，描繪出了一張如滿月般巨大的地圖。
這是人類史上製造的最深邃、同時也最巨大的宇宙地圖一角。僅這一張照片中就確認了超過80萬個處於不同距離的星系。其中還隱約混雜著儲存了130億年以上更久遠過去光芒的星系之光。與現有的哈勃深場圖相比，這是一個巨大的成果。在以往的哈勃深場圖照片中，其中包含的星系數量最多也就在1萬個左右，而詹姆斯·韋伯在這片小小的天空碎片中捕捉到了超過80萬個星系的光芒。
由於最初就選擇了幾乎不被銀河系恆星和氣體雲遮擋的最空曠方向，因此照片中幾乎沒有銀河系內耀眼的恆星。取而代之的是，仔細觀察的話，還能看到各處因為時空扭曲而呈現出引力透鏡效應的影象。任何人都可以輕鬆直接地欣賞到這些美麗的景象。希望各位讀者透過下方的連結，親自去探索詹姆斯·韋伯宇宙地圖的第一塊拼圖。無論照片如何無限放大，你都能邂逅不斷浮現的朦朧星系盛宴。
隨著詹姆斯·韋伯的升空，我們意識到宇宙在比我們原本想象中更早的時間點，就已經具備了現在的絢麗景象。詹姆斯·韋伯觀察到的初期宇宙顯示的星系數量幾乎是我們預期水平的10倍。此外，它們並非尚未成形的矮星系，大多表現出已經擁有明顯棒狀結構和旋臂的成熟模樣。甚至在初期宇宙中，還發現了堪比今天星系中心超大質量黑洞的巨大黑洞。在宇宙年齡不到10億年的時間點上，一個看起來彷彿已經100億歲的過度早熟的宇宙被揭示了出來。
其實，滿月在夜空中佔據的面積也不算很大，它看起來很小，用伸長手臂後豎起的一根手指就能遮住。而現在，我們才剛剛填補了那塊僅能遮住一顆滿月的小小拼圖。想象一下頭頂廣闊的天空，要覆蓋整個天空需要多少顆滿月？簡單計算一下，大約需要超過21萬顆滿月。在21萬塊拼圖碎片中，我們現在才剛剛完成了第一塊。
這塊小小的拼圖深度承載了138億年的時間。在可見的明亮星系之間，遺憾的是，還充滿了我們肉眼無法看到的暗物質和暗能量。17世紀的義大利天文學家伽利略，歷史上首次透過望遠鏡仰望夜空，並細緻記錄了星光訴說的故事。他將自己的發現出版成了一本名為《星際信使》（Sidereus Nuncius）的書。這是一個有著“傳遞星星訊息的人”這樣美麗寓意的名字。沒錯，這或許正是天文學所做的工作。
我們現在正在傳遞穿越了整整138億年漫長歲月飛來的星星訊息。在那漫長時光中累積下來的夜空之光，該有多少想要告訴我們的故事啊。從夜空中取下的小小拼圖中，濃縮了漫長的宇宙故事。
參考
https://cosmos.astro.caltech.edu/page/cosmosweb
https://cosmos2025.iap.fr/fitsmap/?ra=150.1203188&dec=2.1880050&zoom=1
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2023ApJ...954...31C/abstract
作者池雄培（Ji Ung-bae）是誰？他熱愛貓咪和宇宙。小時候在看了《銀河鐵道999》後，就萌生了要向世界傳播宇宙之美的夢想。目前在延世大學星系演化研究中心及近宇宙論實驗室研究透過星系相互作用產生的演化，同時參與講座和寫作等多種科學傳播活動。著有《曖昧的天文臺》、《整天思考宇宙》、《星星，光的科學》等書。