快速识别韦布太空望远镜图像的技巧

如果能够识别出前景恒星，其衍射尖峰的图案便是判断该图像是否由詹姆斯韦布空间望远镜拍摄的关键依据。

这张图像展示了詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）近红外相机（NIRCam）对星系团Abell2744（又称潘多拉星系团）的部分观测结果。图中白色方框标出了其中一颗已知距离极远的星系，其发出的光历经漫长宇宙旅程抵达我们这里；前景中则可见银河系内的一些恒星，它们在JWST图像中呈现出明亮的衍射尖峰。图片来源：佐尔特G莱瓦伊（美国太空望远镜科学研究所，STScI）

从地面和太空中，有大量优秀的天文台（包括过去和现在的），能够拍摄出壮丽而精细的宇宙图像。然而，其中许多图像要么标识错误，要么根本没有标注，未能正确指明它们来自哪座天文台或望远镜。尽管这些图像可以通过多种方式着色以供人类观赏，但詹姆斯韦布空间望远镜所拍摄恒星图像中独特的星芒图案是无法隐藏的。

从地球及太空中，我们的望远镜持续对宇宙进行成像观测。

这张多波段图像展示了M81星系群中两个最大、最明亮的星系，呈现了其中的恒星、等离子体和中性氢气体。连接这两个星系的气体桥正向双方流入，触发新恒星的形成。如果将每颗恒星缩小成一粒沙子，这个星系群将位于3600万公里之外，而两个星系之间的距离则仅略超40万公里，相当于地月距离。在暗能量主导的宇宙中，M81星系群中的星系很可能是最后一批远离我们可观测范围的星系。致谢：R.JayGaBany；VLA数据：E.deBlok（ASTRON）

除了其科学价值外，这些图像在视觉上也极具吸引力。

星系内部的恒星分布形态各异，从超弥散型到超致密型不等，具体取决于其恒星的空间分布特征。部分超弥散星系富含暗物质，而近年来科学家已分别独立发现两类不含暗物质的超弥散星系，这类星系此前曾被理论预言存在。在对室女座星系团的观测中，来自多个地面天文台的数据经融合处理，呈现出单个天文台无法单独揭示的结构细节。图片来源：斯隆数字巡天项目、加拿大法国夏威夷望远镜及室女座星系团巡天团队

然而，它们并不代表人眼裸视所见的内容。

这张图像或许令人惊讶，展示的是仙女座星系晕中的恒星。图中带有衍射尖刺的明亮恒星来自我们所在的银河系，而画面中可见的众多点状光源，大部分则是我们邻近星系——仙女座星系中的恒星。此外，在更遥远的背景上，还散布着大量微弱的弥散光斑，它们本身便是遥远的星系。在数十亿个星系中，仅有约十亿分之一的星系距离足够近，使得其中的单颗恒星能够被分辨出来；而这类星系的距离通常可达数千万光年。本图像既展现了哈勃望远镜的强大观测能力，也揭示了其固有的局限性。图片来源：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）及T.M.布朗（太空望远镜科学研究所，STScI）

例如，哈勃望远镜通常会捕捉紫外光和红外光：这些是人眼无法看见的信息。

哈勃望远镜的科学仪器可分析从紫外（UV）到红外（IR）范围内的不同波段光线。本图展示了各仪器所覆盖的波长范围，最长可达略超过2微米（2000纳米）。在此波长之外，热噪声占主导地位，导致无法开展有效的观测。来源：美国国家航空航天局

ALMA的观测在射电波段进行，需将其转换为人类可见的光。

在哈勃超深场中回溯宇宙时间，阿塔卡马大型毫米波亚毫米波阵列（ALMA）探测到了一氧化碳气体的存在。这一观测使天文学家得以构建出宇宙恒星形成潜力的三维图像。其中，ALMA所成像的富气体星系以橙色显示，而哈勃望远镜所呈现的细节则以紫色显示。从该图像可清晰看出，ALMA能够分辨出哈勃望远镜无法探测到的星系结构，且某些在哈勃图像中完全不可见的星系，仍可被ALMA有效探测到。图片来源：B.Saxton（NRAOAUINSF）；ALMA（ESONAOJNRAO）；NASAESA哈勃望远镜

同样，对于X射线天文台（如钱德拉X射线天文台），我们通过赋予不同颜色来直观呈现观测数据。

黑洞、脉冲星、超高温气体和磁场均可通过其在银河系中心X射线图像中的特征信号加以识别。这张由钱德拉X射线天文台拍摄的图像展现了上述多种现象。来源：美国国家航空航天局钱德拉X射线天文台马萨诸塞大学王秋迪

詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）拍摄的图像虽令人惊叹，但其色彩呈现依赖于多种不同的图像处理算法。

这张图像展示了詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）开展的先进深场河外星系巡天（JADES）项目的观测区域。该天区包含了哈勃极端深场，并揭示了一批哈勃望远镜无法探测到的、距离极为遥远的新生星系。韦布望远镜图像中的色彩并非真实颜色，而是依据多种科学与可视化需求所赋予的伪彩色。自该图像发布以来，科研团队已在同一片天区开展了后续观测，其中光谱观测对于精确测定这些星系的距离至关重要。致谢：布兰特罗伯逊（加州大学圣克鲁兹分校）、S.塔切拉（剑桥大学）、E.柯蒂斯莱克（赫尔大学）、S.卡尼安尼（比萨高等师范学校）、JADES合作组

不同合作项目发布的图像常常采用各异的色彩方案。

这一片太空区域，最初由哈勃空间望远镜以标志性方式观测，随后詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）也对其进行了观测。图片展示了两台望远镜图像之间的切换。然而，这两组图像均存在基本局限：它们均从太阳系内侧位置获取，而该区域弥漫着黄道光，这种背景光会抬高仪器的噪声基底，且难以完全扣除。JWST图像中额外出现的点状红色天体——即所谓小红点——其成因现已得到合理解释，但其他若干谜题仍待进一步研究。鸣谢：约瑟夫德帕斯夸莱（太空望远镜科学研究所）；图片制作：E.西格尔

然而，仅凭视觉观察，就有一个关键特征可用于识别韦布太空望远镜（JWST）拍摄的图像。

这张复合闪烁图像通过将詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）首张科学图像的初始视图旋转后，叠加在先前哈勃空间望远镜（Hubble）拍摄的同一目标图像上而制成。新图像揭示的天体结构数量极为丰富，但前景银河系恒星（位于图像中心上方）所呈现的衍射尖峰特征，在哈勃与韦布望远镜之间存在明显差异：前者呈十字形，后者呈六角星形。图片来源：美国国家航空航天局（NASA）詹姆斯韦布空间望远镜团队；美国国家航空航天局（NASA）欧洲航天局（ESA）哈勃空间望远镜（STScI）；图像合成：E.Siegel

该关键特征是点光源（例如恒星）周围出现的衍射尖刺图案。

詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）的衍射尖刺，在恒星2MASSJ175540426551277周围清晰可见，其形态与首次成功完成光路对准时所拍摄图像中的衍射尖刺一致。科学数据展现出极为丰富的背景星系细节，显著推动了人类对宇宙的认知进展。图片来源：NASAESACSASTScI

尽管许多望远镜（如哈勃空间望远镜）成像中会出现钻石形衍射尖刺图案，詹姆斯韦布空间望远镜的衍射尖刺则具有独特形态。

这张图像展示了潘多拉星系团（阿贝尔2744）三个主要前景星系团组分中的两个，它们在天空中被视野内一颗孤立的明亮银河系恒星分隔开。即便仅使用部分滤光片进行观测，星系团内的弥散恒星光、数千个星系以及詹姆斯韦布空间望远镜对明亮点源所特有的衍射尖峰结构，均在此图中清晰可见。图片来源：美国国家航空航天局欧洲航天局加拿大航天局太空望远镜科学研究所，UNCOVER与GLASS合作项目

在詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）图像中，每个明亮的点光源周围通常呈现六条较长的衍射尖峰和两条较短的衍射尖峰。

这张引人注目的图像展现了大麦哲伦云方向上的天体特征，是在NIRISS仪器对大麦哲伦云内一处小型星云进行观测时，利用MIRI仪器以平行模式同步获取的额外收获。MIRI的视场中恰好包含一颗正处于质量损失阶段的渐近巨星支（AGB）恒星，其呈现出詹姆斯韦布空间望远镜图像所特有的八角星芒状衍射图案。图片来源：MIRI团队

这包括：

MIRI图像中的活跃黑洞

韦布空间望远镜的中红外仪器（MIRI）对斯蒂芬五重星系的观测揭示了其他波段无法呈现的天体特征。其中最上方的星系——NGC7319——中心存在一个质量约为太阳2400万倍的超大质量黑洞。MIRI的成像因该黑洞过亮而出现饱和，从而清晰呈现出韦布望远镜特有的衍射尖峰图案。该黑洞正处于活跃吸积物质的过程中，其释放的光度相当于约400亿颗太阳。MIRI能够穿透包裹黑洞周围的浓厚尘埃，直接揭示出极为明亮的活动星系核。图片来源：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、加拿大航天局（CSA）及太空望远镜科学研究所（STScI）

近红外相机深场图像中的前景银河系恒星

这张NIRCam图像展示了星系团SMACS0723周围引力透镜区域的一部分，其中包含多个被透镜放大的星系，其中包括在此处标出的、三次出现的火花星系（Sparklergalaxy）。这些火花已被确认为气体中正在形成恒星的致密团块，位于已存在的球状星团之上。在火花星系第二幅影像左下方靠近中心的位置，一颗位于银河系内的前景恒星呈现出詹姆斯韦布空间望远镜特有的衍射尖刺图案。图片来源：E.Siegel

甚至行星系统内的明亮月球。

这张詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）近红外相机（NIRCam）拍摄的海王星图像局部，聚焦于其大型卫星海卫一（Triton）。在此伪彩色图像中，海卫一呈现蓝色，它高效地反射太阳发出的近红外光，反射率约为70%。相比之下，海王星在红外波段仅反射极少量入射阳光，这是因为甲烷——海王星的主要成分之一——在红外波段具有极强的吸收能力。图像中海卫一周围清晰可见JWST特有的八芒星衍射尖刺图案。图片来源：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、加拿大航天局（CSA）及太空望远镜科学研究所（STScI）

蜂窝状六边形镜面以及三条主要支撑桁架是造成问题的原因。

詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）的点扩散函数，由其主镜结构所决定：该主镜呈六边形，由18块六边形子镜拼接而成，相邻子镜之间存在约4毫米的间隙，并配有三根支撑杆用于固定次镜。上述结构特征共同导致在观测明亮点源时，图像周围不可避免地出现一系列衍射尖峰。这一独特图案被JWST仪器科学家们亲切地称为噩梦雪花。图片来源：R.B.Makidon、S.Casertano、C.Cox与R.vanderMarel，太空望远镜科学研究所（STScI）美国国家航空航天局（NASA）天文学研究大学协会（AURA）

最初被称为噩梦雪花，这些美丽的尖刺是韦布太空望远镜的标志性特征。

这张对詹姆斯韦布空间望远镜首幅光轴校准图像中心亮星的略带诙谐的标注表明：尽管六条最明亮的六边形衍射尖峰不可避免，但点光源中心区域的弥散光以及源自某一根支撑杆的较弱第七、第八条尖峰所引发的虚假条纹，仍有进一步优化的空间。这种八尖峰结构——其中六条显著、两条较弱——是詹姆斯韦布空间望远镜独特光学构型所特有的。图片来源：美国国家航空航天局／太空望远镜科学研究所；标

沉默星期一以图像和视觉讲述天文故事，文字不超过200字。

本文最初发表于2023年6月，后于2025年12月更新。

BY: Ethan Siegel

FY: AI

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