這張圖片以三種不同的視角顯示了同一個天文天體環狀星雲：哈伯（左）、JWST 的 NIRCam 儀器（中）和 JWST 的 MIRI 儀器（右）。在較長的波長下，可見光中看不到的特征會壯觀地出現，而 JWST 的靈敏度足以首次揭示其中的許多特征。
自 2022 年 7 月詹姆士韋伯太空望遠鏡 （JWST） 開始科學操作以來，還不到兩年。那時，我們已經發現了大量關於宇宙的資訊，還有大量我們仍然面臨但看不到明顯解決方案的宇宙謎題。我們知道我們的宇宙是：
138 億年，
始於通貨膨脹期之後的熱爆炸，
被神秘的暗能量和暗物質所支配，其性質未知，
隨著「哈伯張力」這個大問題籠罩著我們對膨脹率的測量，
超品質黑洞在很早的時候就被發現品質非常大的地方，
即使是探測到的最早的星系也是巨大的、有點前進演化的和明亮的。
我們對宇宙的描述包括星系、恒星和化學演化，從原始的早期狀態到反映我們在附近觀察到的晚期狀態。它包括一段歷史，超過兩顆六分之一的恒星，被鎖在數萬億個星系中，分布在一個直徑跨度為 920 億光年的可觀測宇宙中。但許多大問題仍然存在。什麽是暗物質和暗能量？我們的宇宙實際上膨脹的速度有多快？第一批恒星和星系是什麽時候形成的？超大品質黑洞是如何產生的？像太陽這樣的恒星和像地球這樣的行星又是如何形成的呢？
現在我們已經完成了 JWST 的科學任務兩年多，以下是發生了變化的地方，這裏沒有改變的地方，以及我們在 JWST 的發現之後提出的新問題。
我們必須確切地記住 JWST 是什麽，因為盡管它很了不起，但即使擁有新發現的力量，它也無法回答我們所有的宇宙問題。當然，JWST 是一個大型冷天文台，具有高分辨率能力，經過最佳化，可以觀察長波長（從 0.6 到 ~28 微米）的宇宙，它可以在數十個不同的波長範圍內進行成像，以及對單個物體進行光譜學。但是，JWST 也有幾個重要的限制。
它的視野很窄，因此無法同時觀察到宇宙的很多地方。
它的超額認購令人難以置信，每接受一個提案，大約有 10 個高品質的觀察提案被拒絕。
對物體進行光譜分析所需的時間比進行成像的時間要長得多，這嚴重限制了可以進行光譜分析的物體數量。
而且它不能同時對多個濾鏡中的物件進行成像;要執行光度成像的波長組數越多，需要使用 JWST 進行觀察的時間就越長。
即使有這些限制和限制，JWST 仍具有獨特的能力來開展大量新穎的科學研究。特別是，JWST 有望打破宇宙記錄，例如某些類別天體的「最遙遠」或「最早」的例子，因為 JWST 的設計考慮到了這些目標。然而，由於 JWST 的能力，有一整套新的發現既出乎意料又突然成為可能，這些是 JWST 或任何新天文台最令人興奮的科學方面之一。
天文學家和物理學家一直在使用一個詞，這些領域以外的人幾乎聞所未聞：「發現潛力」。在科學方面，天文學家對 JWST 時代如此興奮的原因有兩個。第一個是你所期望的：所有這些新功能都是由新技術實作的——由於其分段和折疊的性質而在太空中有一個大型主鏡，由於 5 層遮陽板而產生的極冷溫度，由於儀器和潔凈室技術的進步而產生的原始光學元件和儀器等——有許多記錄表明， 僅從其設計的能力來看，JWST 肯定會崩潰。這些是 JWST 的 「灌籃高手 」理由。
但第二組原因不僅對 JWST 意義深遠，而且對物理學和天文學的大部份意義也深遠。每當您建造符合以下條件的儀器、天文台或機器時：
超越了所有類似努力的所有先前限制，
特別是在過去類似努力敏感的特定參數範圍內，
然後，您可以使用該儀器、天文台或機器來檢視新位置，甚至檢視您以前檢視過的物體或現象，
這些新功能實作了沒有它們根本不可能實作的事情：只需使用這個新工具即可發現新事物的可能性。之前的所有努力都不會對這樣的新發現敏感，但只要用這個新工具探測宇宙，發現令人驚訝——甚至是革命性——的東西的可能性突然變得觸手可及。
因此，得知 JWST 為我們帶來了許多屬於這兩類的新發現也就不足為奇了。是的，我們與 JWST 一起創造了許多新的宇宙記錄，正如我們所期望的那樣。超遙遠的恒星、類星體和星系正是 JWST 旨在探測的天體型別，它們具有比哈伯、斯皮策、SOFIA 或我們武器庫中任何世界級的地面光學和紅外天文台更長的波長和更高的分辨率能力。自 2022 年 JWST 時代開始以來，有許多宇宙距離記錄被打破和修改的例子，它們和你想象的一樣令人印象深刻。
許多人稱 JWST 為「宇宙時間機器」，因為它能夠比歷史上任何其他光學或紅外天文台更清楚地看到我們的宇宙過去。（是的，我們可以透過微波看到大霹靂的剩余輝光，而且由於 氫的 21 厘米自旋翻轉躍遷 ，我們甚至可能在恒星形成之前就用遠紅外和射電天文學看到中性氫原子的特征。它能夠以如此高的精度觀測比以往任何時候都長的波長，再加上進行光譜後續觀測的能力，使 JWST 不僅能夠辨識出大量候選超遙星系，還能確認它們的距離並辨識其中的特征。
JADES-GS-z14-0 位於頂部插圖框中，位於一個更近、更亮、更藍的星系後面（就在它的右側）。只有透過具有令人難以置信的分辨率的光譜學能力，能夠將兩個源分開，才能確定這個破紀錄的遙遠天體的性質。它的光芒來自宇宙只有 2.85-2.9 億年的時候：只有現在年齡的 2.1%。JADES-GS-z14-1，就在它下面，來自宇宙 ~3 億年的時候。與大型現代星系相比，所有早期星系都包含少量恒星，並且具有不規則、不明確的形狀。
例如，在 JWST 之前，已知宇宙中最遙遠的星系是 GN-z11，哈伯太空望遠鏡觀測到它，並在 2016 年創造了宇宙距離記錄。當 JWST 於 2022 年開始科學行動時，它仍然是人類已知的最遙遠的已確認星系。然而，截至 2024 年底，GN-z11 不僅不再是記錄保持者，甚至沒有進入前 10 名。JWST 發現或探測到的所有十個 最遙遠的星系 都證實了它們的巨大距離，JADES 合作發現並確認了當前的宇宙紀錄保持者： JADES-GS-z14-0 。
這個超遙遠的星系在許多方面都非常了不起。
它的光芒來自宇宙大霹靂後的 2.85 億年，當時宇宙的年齡只有現在的 2.1%。
它與一個更亮的前景星系重疊，但多虧了 JWST 令人難以置信的分辨率，我們可以解開兩個星系的束縛，詳細地揭示更遠的背景物體。
它的紅移為 14.32，這意味著當 JWST 觀測到它時，我們正在觀察的光已經被拉伸了其最初發射波長的 1432%。
然而，這個星系有兩個特性可以說是一系列光榮的驚喜。首先，這個星系很亮：不僅比我們主要理論預測的要亮，而且比以前觀測到的超遙遠的JWST星系還要亮得多。其次，這個星系中的塵埃極少：同樣是出乎預測的意料。
JWST 還打破了許多其他宇宙距離記錄。它發現了有史以來 最早的原星系團 ，在天空的同一個狹窄區域發現了七個獨立的星系，它們都處於完全相同的紅移：7.88，對應於大霹靂後僅 6.5 億年的紀元。這個被稱為 A2744z7p9OD 的原星系團打破了令人印象深刻的 1.5 億年舊記錄。此外，這些早期星系中的許多星系不僅僅是顯示為與單個點狀來源無法區分的單個紅點，而是似乎是擴充套件的天體，有些甚至可能表現出具有衛星伴星的特征：如果沒有 JWST 的能力，就不可能觀察到豐富的細節。
在JWST的早期數據中還發現了數百個超遙距離星系候選星系——包括數十個可能打破JWST新創紀錄的星系。在 2023 年的一項研究中，JWST 發現 的最遙遠的重力透鏡 純屬偶然。由於 JWST，許多有史以來最遙遠的超大品質黑洞（包括四個最遙遠的黑洞）也被發現了，包括 星系 UHZ1 中的一個非凡的 黑洞：JWST（在紅外光下）和 Chandra（在 X 射線下）聯手發現了一個超大品質黑洞，其品質大約是銀河系中心黑洞品質的兩倍。 但是在那個星系中只發現了大約 ~1000 萬個太陽品質的恒星。盡管 JWST 能夠揭示這些天體並不奇怪，但黑洞與星系中恒星總數之間的品質比非常出乎意料。
JWST 還進行了許多人所說的「平凡」觀測：跟蹤吸引天文學家幾代人並且之前已經被觀測了數百次的天體。例如，JWST 研究了蟹狀星雲：一個超新星遺跡，在近一千年前，即 1054 年，隨著一顆大品質恒星的核心塌縮而誕生。從那以後的 970 年裏，蟹狀星雲已經擴大並擴大到大約 11 光年的直徑，即使在一千年後也展示了超新星爆炸的威力。由於它對特征的敏感性很難用以前的天文台來解決，它可能 還會解開品質之謎 ：為什麽中心脈沖星加上超新星噴射物中的物質加起來沒有達到被認為觸發核心塌縮超新星所需的最小品質（8 個太陽品質）。
它窺視了獵戶座星雲的內部，這是離地球最近的大型恒星形成區域。在內部，它試圖更好地對原恒星進行成像，同時繪制出其中的中性物質和塵埃。當然，它在這些努力中取得了成功，但它也發現了其紅外敏感能力完全出乎意料的東西：大量的木星品質（和超木星品質）行星在這些恒星形成區域內自由漂浮，這些行星沒有任何型別的母星。這些行星的發現不僅令人驚訝，而且其中高達 9% 的行星被發現以雙星對的形式結合在一起， 使它們成為木星品質雙星物體 （JuMBO）， 這是一類在 JWST 之前甚至不知道存在的天體。
五個不同的 JuMBO，或木星品質雙星天體，在獵戶座星雲的一個非常小的區域內發現。請註意，這些特定的 JuMBO 編號為 31 到 35，表明有數十個這樣的物件。在本次調查發現的所有木星品質天體中，約有 9% 被釘選在雙星系統中。
當 JWST 窺視經過充分研究的 El Gordo 星系團 時，它發現了一些形狀壯觀的重力透鏡，這正是你期望在一個大型、巨大但遙遠的星系團中發現的，其重力可以彎曲和扭曲它所占據的時空。因此，背景物件被鏡頭化：扭曲、拉伸和放大，通常同時顯示為多個影像。然而，在該領域中還發現了以前從未見過的東西：一顆 位於宇宙學距離上的紅色超巨星 ，由於其能力與 El Gordo 星系團的透鏡特性相結合，只有 JWST 才能看到。它被稱為 Quyllur，在蓋丘亞語中是恒星的意思，距離地球超過 100 億光年。
同時，JWST 還觀測到了大量相對鄰近的星系，這些星系具有三個重要特性：
它們富含造父變星，造父變星是一種特殊型別的恒星，其亮度隨時間變化，具有眾所周知的關系。
它們被發現在星系中，這些星系在某一時刻還容納了至少一顆 Ia 型超新星，這使它們成為測量宇宙膨脹速率的宇宙距離階梯方法中重要的「連線梯級」，
而且它們的距離足夠遠，以至於現有的天文台，如哈伯，無法在這些擁擠的星域中單獨分辨造父變星。
這個場擁擠問題是否使我們的宇宙距離階梯產生了偏差？JWST 能夠提出和回答這個問題， 答案是響亮的「不」， 這表明哈伯張力和膨脹宇宙的神秘性一如既往地強大，同時大大減少了任何可能的錯誤來源。
然而，也許 JWST 最令人驚訝的發現來自觀察附近明亮的 Fomalhaut 星：夜空中最亮的 20 顆恒星之一，距離它只有 ~25 光年。它也是一個非常年輕的恒星系統：如此年輕，以至於它周圍仍然有一個富含塵埃的碎片盤：這是我們自己的太陽系近 40 億年來從未發生過的事情。有跡象表明這個系統中可能存在一顆系外行星，JWST 時間被分配給一個想要尋找它的團隊。憑借其高分辨率能力和對長波長紅外光的敏感性，JWST 有可能直接對這樣的世界進行成像。
然而，這些觀察結果最終講述的故事完全出乎意料。為了尋找一顆潛在的行星，JWST 反而發現了：
一個內盤，對應於內行星和一條類似小行星的帶，
一個外環，以前由 Hubble 和 ALMA 看到，對應於類似古柏的帶，
這些特征中的內部間隙和外部間隙，對應於可能的（盡管 JWST 的眼睛看不到）系外行星的位置，
而真正令人震驚的是：一條中間帶 ，在我們自己的太陽系中沒有類似物的東西。
這個令人震驚和令人驚訝的發現現在讓我們提出了一個我們甚至不知道我們需要問的問題：一個典型的恒星系統實際上有多少條「帶」？2 是我們所擁有的數位，普通的還是罕見的，甚至是宇宙中的稀有物？
從宇宙的角度來看，JWST 向我們展示了許多我們本可以預料的事情，但也帶來了大量的驚喜。它在很多方面都打破了宇宙距離記錄：最遙遠的星系團、最遙遠的紅超巨星、最遙遠的重力透鏡和最遙遠的超大品質黑洞，等等。但是，它教會了我們關於宇宙的知識——特別是關於我們的宇宙是如何成長的——其中包括在 JWST 將其發現潛力釋放到人類之前沒有人能預料到的驚喜。
恒星系統，比如我們自己的太陽系，有兩條帶、三條帶，或者其他一些一般數量的帶，哪種配置最常見？（在 JWST 之前，我們不知道要問這個問題。
恒星形成時誕生了哪些型別的非恒星系統，而超級木星行星和帶有木星品質雙星天體的系統是否只是冰山一角？（我們不知道 JuMBO 在 JWST 之前就存在。
超大品質黑洞是如何在宇宙中真正形成的，JWST 的這些發現是否排除了它們起源於第一代恒星的可能性？（答案似乎是「是的」，令人難以置信！
既然造父變星的場擁擠已經被排除為哈伯緊張的原因，那麽它的最終解決方案是什麽？（仍然是一個懸而未決的問題，但已經消除了一種潛在的汙染物。
而且，盡管它們最初的數量和亮度令人驚訝，但 JWST 看到的最早的星系真的與我們對宇宙的共識一致嗎？（答案似乎又是「是」，因為星系的這些特性 主要歸因於爆發性恒星的形成和超大品質黑洞活動對光的增強 。
JWST 已經教會了我們大量關於宇宙的資訊，包括它是什麽樣子、它是如何成長的，以及它如何創造與我們不同但又相似的恒星和行星系統。展望未來 ~20 年的科學營運，我們唯一可以確定的是，JWST 創造的記錄，以及它提出並開始回答的科學問題，預示著許多發現即將到來。
