詹姆斯·韦伯太空望远镜被设计成比以往任何天文台都更深入太空、更久远的隧道，其大胆的目标是看到最初照亮年轻宇宙的星系。在太空中使用这个令人惊叹的新硬件，创造漂亮的图片一直是一个令人愉快但附带的功能。
今天，在美国宇航局公布了该任务的第一批数据和图像365天后，很明显，JWST可以以同样的泰然自若的方式产生硬科学和美丽的照片。为了纪念JWST科学首次亮相一周年，美国宇航局发布了一张新照片，展示了该望远镜重新展望宇宙的能力。这张戏剧性的、有点像幻觉的照片捕捉到了蛇夫座星云群的活力，它是离地球最近的恒星形成区域，像我们这样的行星系统可能正处于形成的初始阶段。
NASA天体物理学家简·里格比(Jane Rigby)本月早些时候成为JWST的高级项目科学家，她说:“望远镜的工作情况比我们可能希望的要好。”
里格比说，科学界在规划第一年的观测议程时有点保守，但明年的科学将充分利用望远镜所能做的一切。“我们在第二年变得更加大胆。”
JWST环绕太阳的旅程并非没有减速带。科学运行的第一年包括出于安全原因短暂暂停数据收集，以及与太空尘埃的一次令人心跳停止的碰撞，迫使项目经理从现在开始或多或少地向后飞行天文台。
但研究该望远镜下载数据的科学家们对它的表现感到兴奋，因为它可以探测光谱的红外部分，收集其前身哈勃太空望远镜无法收集的光。
迄今为止的头条新闻是，JWST在早期宇宙中发现了许多令人惊讶的明亮星系。事实证明这有点令人困惑。
不，JWST并没有反驳大爆炸理论。宇宙学并没有步颅相学的后尘。但是，观测到如此多来自星系形成早期的光，让很多人感到挠头。观察和理论并不完全一致。
巴尔的摩太空望远镜科学研究所的JWST任务负责人、物理学家Massimo Stiavelli说:“我认为存在一种紧张关系。”“这是不可否认的，因为事情与我们想象的不同。”
JWST的重大发现
JWST是在20世纪80年代末设想的，作为尚未发射的哈勃望远镜的继任者，但遭受了多年的延迟和与预算敏感的立法者的濒死遭遇。这是一项100亿美元的投资。它的设计并没有模块化的功能，如果有什么东西出了问题，就可以更换零件。
而且它在遥远的太空深处，在一个被称为L2的引力稳定轨道上，它离地球大约100万英里。美国国家航空航天局目前没有运载宇航员往返L2的宇宙飞船。
所有这些都增强了科学家们对望远镜按计划工作的喜悦。
对于这种设计的望远镜来说，一年是很重要的。望远镜的镜子必须保持极冷，不能指向太阳附近的任何地方，所以不要指望看到任何漂亮的JWST金星图像。但是一个完整的轨道使望远镜有机会覆盖宇宙的大部分。
JWST于2021年圣诞节早晨发射，实际上已经绕轨道运行了一个半，但前六个月致力于部署其巨大的镀金六角形镜子阵列和一个庞大的遮阳篷，以保持它们的凉爽，并对仪器进行微调。
这些镜子收集的光线携带着宇宙多层面的信息，从最远、最暗、几乎无法察觉的星系，到前景中更耀眼的星系，以及我们银河系中形成恒星的尘埃和气体云。它观察了我们的近邻，太阳系，传回了木星和土星的海报照片，其中充满了科学数据。
早期宇宙是JWST进行最有趣、有时也最令人费解的研究的地方。我们的目标是了解早期宇宙是如何演化的，星系是如何形成的，以及我们是如何到达现在的位置的——在一个大星系的一个旋臂上绕着一颗恒星运行的行星上。
“我们的家是银河系，”加州大学圣克鲁斯分校(University of California at Santa Cruz)理论天体物理学家布兰特·罗伯逊(Brant Robertson)说。“那是一个星系。这是一个美丽的星系。我们可以从里面拍照。但它回避了一个问题:它是如何到达这里的?它是怎么形成的?”
这种宇宙考古学就是建造JWST的初衷。宇宙的一个奇怪特征是光是永恒的。它变得越来越暗淡，但仍然存在，包括最古老的光，由于大爆炸以来发生的空间膨胀，它们被大量转移到光谱的红外部分。天体物理学家可以使用JWST来扫描极高红移的星系，更深入地挖掘过去。
罗伯逊最近与人合著了两篇论文中的一篇，描述了迄今为止被JWST探测和确认的最遥远的星系，名为JADES-GS-Z13-0。它是在红移13.2处发现的，对应于大爆炸后大约3.2亿年。他说，有人声称可能存在更高红移的星系，但他们还在等待证实。
当被问及这个星系是什么样子时，他说:“这是一个污点。”
但是，如果你能以某种方式进入一艘宇宙飞船，通过各种虫洞将自己传送到遥远的过去，并在那个星系旁边盘旋呢?那它会是什么样子呢?
罗伯逊说:“如果你能站在它旁边，在你的眼睛里，这个星系本身会是非常蓝的，因为它正在形成恒星。”“它将是早期宇宙中非常蓝色的闪光。”
一个谜题关于早期星系
很快，天文学家在观察JWST关于早期宇宙的数据时发现了一些出乎意料的东西:许多奇怪的明亮星系。
亮度是质量的近似值。因此，非常明亮的星系通常被认为质量很大。但是星系需要时间来成长。理论学家先前已经为早期星系的演化制定了一个大致的时间表，而JWST第一眼发现的星系就其年龄而言非常成熟。
JWST可能会告诉科学家，早期宇宙中的星系形成比以前所知道的更有效。
罗切斯特理工学院的天体物理学家Jeyhan Kartaltepe说:“对于那些非常早期的星系是如何形成和发展恒星的，我们的理论需要做一些调整。”
“我们所看到的一切都不能让我认为我们已经打破了宇宙学，”里格比说。“它告诉我们的是，星系的行动比我们认为的要早。”
对于我们这些不是天体物理学家的人来说，与直觉相反的是，黑洞可能是影响这些早期星系亮度的另一个因素。虽然根据定义，黑洞是一种具有如此强烈的重力场的结构，甚至光都无法逃脱，但当气体和尘埃变得过热并落向视界时，黑洞周围的区域会发光。
去年，当时还是德克萨斯大学奥斯汀分校博士研究生的丽贝卡·拉尔森(Rebecca Larson)在仔细研究一个名为CEERS 1019的极遥远星系的数据时，发现了一些奇怪的现象。它在130多亿年前发出了这种光——那时宇宙刚刚开始滚动，星系是由热的、年轻的、亮蓝色的恒星组成的小的、形状不整齐的小群。
拉森对来自CEERS 1019核心的异常明亮的光线感到困惑。“这是什么鬼东西?”她想。
她猜对的是一个超大质量黑洞。这个星系虽然年轻，但已经成功地形成了一个黑洞，据科学家估计，这个黑洞的质量相当于1000万个太阳。拉尔森和她的同事在一份报告中称，这是迄今为止发现的最早的活跃超大质量黑洞。
对系外行星的兴奋
过去一年也开始表明，用天体物理学家加斯·伊林沃思(Garth Illingworth)的话来说，JWST是一个“光谱发电站”。事实证明，它在挑选它所收集的光谱方面非常出色，这些光谱携带着被观察物体的信息。
这种能力带来了该望远镜的首批重大发现之一:围绕一颗遥远恒星运行的巨大行星WASP 39b的大气中存在二氧化碳。以目前的技术，地球本身是看不见的。但当它从其母恒星的前面或后面经过时，星光的变化就会编码有关这颗行星大气的信息。
NASA的天体物理学家科尔·科隆(Knicole colon)说，在JWST之前，没有人对系外行星大气中的二氧化碳进行了明确的探测。
“我们第一次看到那个特征的光谱特征时，它太美了，”她说。“它打在了我们的脸上。这是一个巨大的信号，太棒了。”
需要说明的是，研究光谱的科学家正在研究数据的图形表示，而不是实际图像。拉尔森发现了这个超大质量黑洞，她被星系中心明亮区域的光谱特征深深吸引住了，正如她所说，“我从来没有想过要去看来自JWST的实际图像。”
就在那时，Kartaltepe向她展示了望远镜获得的星系图像。引人注目的是，这个星系有三个亮点，其中一个特别明亮的亮点正好在中间。那就是拉尔森的超大质量黑洞。
“我就开始哭了，”她说。
