据NASA官网报道，美国国家航空航天局（NASA）下一代旗舰项目、詹姆斯·韦伯太空望远镜确定了新的科研目标，那就是寻找宇宙中的水资源。
众所周知，水是生命之源，但宇宙中的水该如何产生呢？ 水（H2O）的生成不仅需要氢气和氧气的混合，而且需要具有特殊条件的寒冷分子云，其中的尘埃屏蔽了破坏性紫外线并有助于化学反应。NASA的詹姆斯韦伯太空望远镜对这些宇宙中可能的“水源地”进行了观测，以获得关于水和其他宜居行星关键要素的起源和演变的新见解。
分子云（molecular cloud）是星际云的一种，主要由尘埃组成的，其密度和大小允许分子的形成。分子云拥有宇宙中大部分的水分子，并为新生恒星及其行星的诞生提供摇篮。
在这些云层中的微小尘埃颗粒表面，氢与氧原子相连形成水，碳与氢结合生成甲烷，氮与氢结合产生氨。所有这些分子都附着在尘埃的表面，积累了长达数百万年的冰层。最终大量的“雪花”被新生的行星裹挟，为我们所知的生命提供所必需的材料。“如果我们能够理解分子云中这些冰的化学复杂性，以及它们在恒星及其行星形成过程中如何演化，那么我们就可以评估每个恒星系统中是否存在生命诞生的要素。” 阿姆斯特丹大学的宇宙冰研究项目首席研究员Melissa McClure表示。
为了深入了解这些过程，韦伯望远镜所进行的科学项目将通过观测恒星诞生附近的区域，以确定哪里存在冰。
金色的镜子如同一朵盛放的向日葵。科学家不久便将用它来探索宇宙中最黑暗的角落、搜寻地外生命。
空间望远镜科学研究所（STScI）的Klaus Pontoppidan表示：“我们的计划，不仅包括使用韦伯望远镜观测这些区域，还要学习如何最高效地使用韦伯望远镜来研究宇宙冰。”
作为McClure项目的成员，他们将利用韦伯望远镜的高分辨率光谱仪测量冰的波长，并获得最灵敏和精确的观测结果。
韦伯望远镜的光谱仪NIRSpec和MIRI将提供比已服役的近中红外波长的太空望远镜高出5倍的精度。
该望远镜计划于2018年10月发射。它的金色镜子共由18块镜面构成，将用来捕捉135亿年前形成的第一批星系发出的红外光。
新生星球和彗星的摇篮
由McClure项目的联合首席研究员Adwin Boogert和Harold Linnartz所领导的团队瞄准了Chamaeleon复合体。Chamaeleon复合体位于南天空中的一个可见的恒星形成区域，距离地球约500光年，包含数百个恒星系，其中最古老的约有100万年历史。Pontoppidan说：“这个地区有我们正在寻找的一切。”
这个来自韦伯望远镜的模拟光谱，展示了在鹰形星云（背景）等恒星形成区域中检测到的分子种类
该团队将使用韦伯望远镜的高精度红外探测器来观察分子云背后的恒星。由于那些背景恒星的微弱光线穿过云层，云层中的冰将吸收一些光线。通过观测遍布天空的许多背景恒星光线，天文学家可以确定分子云中冰分布的范围，并找到不同冰形成的位置。他们还将针对云中的个别恒星，来研究紫外光线是如何在分子云中促进更复杂分子的合成。
天文学家还将研究行星的诞生地点，包括围绕着新形成恒星，被称为原始行星摇篮的气体和尘埃盘。他们将能够测量新生恒星近50亿英里范围内的冰储量和相对丰度，这可以让我们对太阳系中冥王星的轨道距离有更深层次的认识。
“彗星被形容为雪花飞散的冰球。地球海洋中有一些水可能是受由太阳系中早期彗星的传播而产生的。我们将观察彗星围绕其他恒星形成的地方来验证这一猜测。“Pontoppidan解释说。
据悉，詹姆斯·韦伯望远镜比哈勃望远镜功能强大100倍，面积大三倍，因此有“超级哈勃望远镜”之称。
实验室测试
为了理解韦伯望远镜的观测结果，科学家在地球的实验室中进行实验来进行验证。韦伯的光谱仪将入射的红外光映射到光谱中。而不同的分子会吸收某些波长或颜色的光线，导致出现对应的黑色光谱线。实验室可以借此来创建分子“指纹”的数据库。当天文学家从韦伯望远镜的光谱中看到这些指纹时，他们可以识别是哪些分子或分子家族。
“实验室研究将有助于解决两个关键问题。首先是哪些分子存在？其次我们会观察冰是如何到达那里的，如何形成的？我们通过韦伯望远镜找到的信息将有助于理解我们的模型，并让我们了解在极低温度下冰形成的机制。”哈佛天体物理中心的KarinÖberg解释说。
Öberg补充说：“完全整理出韦伯望远镜提供的数据需要数年的时间。”
韦伯望远镜是由NASA及其合作伙伴ESA（欧洲航天局）和CSA（加拿大航天局）领导的一个国际项目。韦伯太空望远镜将成为未来十年里全球首屈一指的红外太空望远镜。韦伯将帮助人类发掘太阳系的奥秘，以及其他遥远恒星周围的世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源以及我们在其中扮演的角色。
果壳中的宇宙·霍金（插图本）
文/译：李兴宇 校核：戴建峰。更多精彩内容，请关注企鹅号“中国星空摄影联盟”
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