地球水来自彗星？JWST在近地天体中发现“生命积木”，太阳系起源线索浮出水面

在距离地球1.5亿公里的轨道上，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）正以“宇宙考古学家”的身份改写教科书。这台人类最强大的红外望远镜近期在一颗近地彗星中，首次直接探测到冻结的水分子和复杂有机分子，为“地球水源于彗星撞击”的假说提供了迄今最有力的证据。与此同时，它对早期宇宙星系的观测则持续挑战现有理论，让天文学家不得不重新思考“宇宙婴儿期”的成长故事。

彗星中的“液态水密码”：与地球海洋成分高度相似

2023年，JWST将镜头对准了编号为103P/Hartley 2的近地彗星。这颗直径仅1.6公里的“脏雪球”在接近太阳时，其彗发（彗星周围的气体尘埃云）被韦伯的中红外仪器捕捉到清晰的光谱信号——除了熟悉的水分子特征，还有甲醇、甲醛等有机分子的“指纹”。更关键的是，这些水的氘氢比（水分子中重氢与普通氢的比例）与地球海洋几乎一致。

“这就像在彗星上找到了地球的‘出生证明’。”约翰霍普金斯大学应用物理实验室的 planetary scientist 安德鲁·D·波特解释，氘氢比是天体形成环境的“化学标签”，此前哈勃望远镜观测的彗星多因比值不符被排除为地球水来源。而103P/Hartley 2的比值与地球海洋误差不超过5%，暗示早期太阳系形成时，这类彗星可能通过频繁撞击为地球“输送”了大量液态水。

123亿光年外的“星系早熟症”：传统模型难以解释的亮度谜题

如果说彗星研究是“太阳系家谱”，韦伯对早期宇宙的观测则像打开了“宇宙成长相册”。在距离地球123亿光年的区域（即宇宙大爆炸后仅15亿年），它发现了一批亮度远超预期的星系。这些被称为“宇宙黎明”时期的天体，其紫外线辐射强度是现有星系形成模型预测值的10倍以上。

“好比发现一个婴儿刚出生就长到了成年人的身高。”加州大学圣克鲁兹分校的宇宙学家加斯·伊林沃思打了个比方。传统理论认为，早期星系应通过缓慢合并逐渐增长，而韦伯观测到的星系不仅亮度高（暗示恒星形成速率快），且结构更紧凑。一种可能的解释是，这些星系中的恒星形成并非匀速进行，而是以“爆发式”方式短时间内形成大量恒星，就像宇宙中的“生长突增”。

从“故障排除”到“科学突破”：韦伯的“成长烦恼”

这台造价100亿美元的望远镜并非一帆风顺。2023年初，其核心仪器之一的中红外探测器在长波波段出现不明原因的灵敏度下降，虽然后续稳定下来，但仍影响了对极暗天体的观测。更棘手的是初期数据处理软件的“水土不服”——由于未充分考虑镜面微小偏差和探测器噪声，前三个月的部分光谱数据存在系统误差，迫使科学家手动校准。

“哈勃望远镜也曾经历类似的‘青春期’。”芝加哥大学教授温迪·弗里德曼回忆，哈勃初期因镜片磨制误差导致“近视”，最终通过太空维修解决。相比之下，韦伯的问题更多源于复杂的地面模拟与太空环境的差异。如今随着软件迭代和观测策略优化，其数据质量已达到设计指标，2024年观测申请的通过率仅为11%，成为天文学界的“香饽饽”。

下一步：寻找“第二个地球”与宇宙膨胀谜题

韦伯的下一个目标更加雄心勃勃：通过透射光谱法详细分析系外行星K2-18 b的大气成分。这颗距离地球120光年的“超级地球”已被确认存在甲烷和二氧化碳，韦伯将尝试寻找氧气与甲烷的共存迹象——这种组合在地球上通常由生命活动产生。尽管科学家强调“找到生命证据为时尚早”，但韦伯的灵敏度已能探测到地球大气中人类活动产生的氟利昂，为“寻找地外文明”提供了新工具。

与此同时，它对宇宙膨胀速率的测量仍未弥合“哈勃常数危机”。通过观测造父变星，韦伯得出的膨胀速率与哈勃望远镜一致（73公里/秒/百万秒差距），与基于宇宙微波背景辐射的测量结果（67.4公里/秒/百万秒差距）持续存在矛盾。“这可能意味着我们需要在爱因斯坦的引力方程中加入新的物理常数。”伊林沃思推测，解开这个谜题或许需要等待韦伯对更遥远星系的观测数据。