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詹姆斯韋伯太空望遠鏡發現有史以來最冷的星際冰
发布时间：2025-11-02 19:19:50 来源：擇善而行網 作者：長寧區
詹姆斯韋伯太空望遠鏡對變色龍I雲的視圖。（圖片來源：NASA，ESA，CSA和M. Zamani（ESA / Webb）;科學：M. K. McClure（萊頓天文台），F. Sun（Steward Observatory），Z. Smith（開放大學）和冰河時代ERS團隊。
（神秘的地球uux.cn）據美國太空網（作者：沙爾米拉·庫圖努爾）：美國宇航局最新的太空望遠鏡不僅將天文學家的視野延伸到宇宙深處，而且還達到了比科學家以前更冷的溫度。
詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST或Webb）是迄今為止最強大的太空天文台，它深入了密集的分子雲，發現了豐富多樣的原始星際冰 - 包括一係列對生命至關重要的分子。在零下440華氏度（零下263攝氏度）的寒冷溫度下發現，這些發現是有史以來最冷的冰。
“如果沒有韋伯，我們根本無法觀察到這些冰，”太空望遠鏡科學研究所的天文學家克勞斯龐托皮丹（Klaus Pontoppidan）在一份聲明中說，他是描述這項工作的一項新研究的作者。
韋伯研究了一個科學家稱之為變色龍I的社區，它位於變色龍的南部星座，距離地球約500光年，是最近的恒星形成區域之一，有幾十個口袋裏有年輕的恒星。該地區屬於天文學家長期以來認為是天空中的洞的家族：黑暗分子雲中充斥著氣體和塵埃，來自背景恒星的可見光無法穿透它們。
像變色龍I這樣的雲是恒星苗圃;隨著時間的推移，它們的坍縮形成了恒星和潛在的岩石行星係統。然而，這些係統的化學成分以及它們可能包含的任何生命組成部分是由嵌入分子雲深處的冰決定的。
現在，多虧了韋伯強大的儀器，包括其深穿透近紅外相機（NIRCam），天文學家已經探測到變色龍I塵土飛揚的心髒，並在演化的早期階段發現了冰 - 就在雲的核心坍塌形成原恒星之前。
該團隊使用來自兩顆背景恒星NIR38和J110621的光來點亮紅外波長的變色龍I。雲的不同分子被鎖定在冰中，吸收不同紅外波長的星光。然後，天文學家研究了化學指紋，這些指紋在所得光譜數據中顯示為下降。這些數據幫助研究小組確定了變色龍I中存在多少分子。
“原始雲冰”
該團隊發現了預期中各種主要的生命支持化合物：水，二氧化碳，一氧化碳，甲烷和氨。觀測還揭示了羰基硫化物冰的跡象，這使得首次測量分子雲中存在多少硫 - 至少是地球生命所需的另一種元素。研究人員還檢測到最簡單的複雜有機分子甲醇，它被認為是恒星和行星形成早期階段發生的複雜早期化學過程的明確指標。
“這是研究人員第一次能夠研究分子雲中心附近所謂的恒星前冰的組成，”荷蘭萊頓天文台的天文學家，該研究的主要作者Melissa McClure在第二份聲明中說。
詹姆斯韋伯太空望遠鏡上的三種不同儀器分析了變色龍I雲中的物質。（圖片來源：NASA，ESA，CSA和J. Olmsted（STScI））
該團隊檢測到甲醇的事實表明，最終將在這個雲中形成的恒星和行星“將繼承相當先進的化學狀態的分子，”萊頓天文台的另一位天文學家Will Rocha在一份聲明中說。“這可能意味著行星係統中益生元分子的存在是恒星形成的常見結果，而不是我們太陽係的獨特特征。
此外，甲醇可以與其他更簡單的冰結合形成氨基酸，氨基酸是蛋白質的組成部分。這些化合物可以包括甘氨酸——最簡單的氨基酸之一.2016年，歐洲的羅塞塔號航天器在彗星67P / Churyumov-Gerasimenko周圍的塵埃中檢測到甘氨酸。
為什麽塵埃顆粒和冰對建造可居住的係外行星很重要
變色龍I等分子雲始於塵埃和氣體的彌漫區域。含有生命必需重要分子的冰，包括天文學家的最新發現，在塵埃顆粒的表麵上形成。
隨著雲層積聚成氣體團塊並朝著恒星形成方向發展，這些冰的尺寸會越來越大，同時在塵埃顆粒上保持分層。形成生命所需的複雜分子所需的許多化學反應在它們發生在固體表麵上（如塵埃顆粒）而不是以氣態形式發生時會加速。通過這種方式，塵埃顆粒成為簡單有機元素進化成複雜分子的關鍵催化劑，最終可以形成生命的組成部分。
此外，當恒星開始形成並且溫度升高時，這些冰的揮發性使它們能夠重新變成氣體，這就是它們最終進入恒星熱核並最終進入行星大氣層的方式。在變色龍I中發現這些原始冰，使天文學家能夠追蹤這些化合物的旅程，從居住在塵埃顆粒上到嵌入未來恒星和係外行星的核心和大氣中。
有了韋伯的數據，天文學家已經知道，考慮到變色龍雲的密度，變色龍I中發現的一係列元素比科學家預期的要豐富得多。例如，研究人員隻檢測到預期硫的1%，預測的氧和碳的19%，以及預測總氮的13%。研究人員在研究中指出，最好的解釋是，這些元素可能被困在其他冰中，這些冰沒有出現在團隊觀察到的波長中。
在接下來的幾個月裏，該團隊計劃使用韋伯的數據來計算塵埃顆粒的大小和冰的形狀。
“這些觀察結果為製造生命構建塊所需的簡單和複雜分子的形成途徑打開了一扇新窗口，”麥克盧爾說。
該研究在一篇論文中描述周一（1月23日）發表在《自然天文學》雜誌上。
相關：NASA韋伯望遠鏡可能已經在寒冷的星雲中發現了生命的要素
（神秘的地球uux.cn）據cnBeta：在距離地球幾百光年的地方（從宇宙的角度來說，這是非常接近的），有一片神秘的、多霧的廣袤地帶，被稱為Chamaeleon I分子雲。在一個已經很冷很暗的宇宙中，這個霧蒙蒙的恒星苗圃被認為是迄今為止已知的最冷和最暗的地區之一。而在太空中最陰暗的角落裏，我們往往能找到我們宇宙進化和曆史中最明亮的餘燼。
周一，在《自然》雜誌上，與詹姆斯-韋伯太空望遠鏡合作的科學家們宣布，將這台機器指向Chamaeleon I，發現了隱藏在雲層中的驚人的冰冷分子。但是這些並不是普通的分子。它們是那種星際磚塊，有一天會融合成下一代的恒星和行星--甚至有可能導致我們所知的生命的誕生。
除了結構性的冰塊，如冰凍的二氧化碳、氨和水之外，JWST還設法在雲層中探測到了所謂的"前生物分子"的證據，這隻是指已知的特定化學物質，為生命的前體培養合適的條件。
萊頓天文台的天文學家Will Rocha在一份聲明中說："我們對複雜的有機分子的鑒定，如甲醇和潛在的乙醇，也表明在這個特定雲中發展的許多恒星和行星係統將繼承處於相當先進的化學狀態的分子。這可能意味著行星係統中存在的前生物分子是恒星形成的一個常見結果，而不是我們自己的太陽係的一個獨特特征。"
換句話說，也許人類、花朵和地球人的微生物並不那麽特別。也許我們在宇宙中並不孤單，因為造就我們的成分是嬰兒恒星成長為大而壞的太陽的異常常見的副產品。
我們並不確切地知道隨著時間的推移，這些雲層中的分子會發生什麽，然而，它打開了一些（非常初步的）尋找生命要素的途徑。萊頓天文台的天文學家、該論文的主要作者Melissa McClure在一份聲明中說："這些觀察為簡單和複雜分子的形成途徑打開了一扇新的窗口，這些分子是製造生命的組成部分所需要的。"
簡而言之，JWST的工作原理是利用其鍍金的鏡子和高科技儀器來探測電磁波譜中紅外區域的特定波長的光。
紅外線與我們習慣於用肉眼看到的普通光線超級不同。與被稱為可見光的後者不同，紅外線的波長對我們來說基本上是看不見的。然而，從宇宙的不同區域發出的大量光線--特別是來自恒星形成雲內部的光線--以不可見的紅外光到達我們地球上的有利位置。這就是為什麽JWST是如此重要的事情。
這台機器實際上是為了解碼所有的深空紅外光，並將其轉化為我們的大腦和技術可以理解的東西--闡明大量的宇宙秘密。
當JWST在觀測Chamaeleon I時，它捕捉到了一堆與隱藏在霧氣中的冰分子有關的紅外波長，並將其轉化為操作該儀器的科學家團隊可以消化的信息。
基本上，雲層背景中的一顆恒星發出的光在到達JWST鏡頭的途中觸及了其路徑上的一切，而JWST的鏡頭位於距離我們星球100萬英裏之外。更具體地說，當這些波長穿過雲層本身時，它們接觸到了裏麵漂浮的所有冰分子。
因此，一些星光被這些冰冷的分子吸收，在其身後留下了一種指紋。這種指紋被稱為吸收線，分析後幫助推斷出創造它們的東西。
"參與這項研究的太空望遠鏡科學研究所韋伯項目科學家Klaus Pontoppidan在一份聲明中說："如果沒有韋伯，我們根本不可能觀測到這些冰塊。"在如此寒冷和密集的區域，來自背景恒星的大部分光線被阻擋，韋伯的精湛靈敏度對於探測星光並因此識別分子雲中的冰塊是必要的。"
展望未來，研究小組打算觀察隨著行星形成盤開始在該地區出現，這些冰和前生物成分是如何在Chamaeleon I中隨時間演變的。正如麥克盧爾所解釋的，"這將告訴我們哪種冰的混合物--因此也是哪種元素--最終可以被輸送到地外行星的表麵，或者被納入巨型氣體或冰行星的大氣中。"
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