以詹姆斯·韋伯望遠鏡為眼，匯聚人類智識之光，照亮宇宙未竟的疆域。
在一幅前所未有的廣闊視野中，宇宙最初的光點正從時間的深處向我們閃爍。2025 年 6 月 5 日，由美國太空總署（NASA）主導、集結超過 100 名科學家參與的「COSMOS-Web 專案」（COSMOS-Web Project），正式發表了人類迄今所見最大宇宙地圖（largest-ever map of the universe）。這項驚人成果透過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope, JWST）255 小時的深空觀測，涵蓋了約 80 萬個星系，時間橫跨 135 億年，是目前為止宇宙歷史中最深遠的觀測視角。
星光湧現之前：一幅橫跨 135 億年時空的宇宙全圖
這張宇宙地圖的觀測區域名為「COSMOS 場域」（COSMOS Field），面積達0.54平方度，約為滿月的三倍大。科學家利用JWST所搭載的兩項關鍵儀器：近紅外相機（Near Infrared Camera, NIRCam）與中紅外儀器（Mid-Infrared Instrument, MIRI），分別捕捉恆星誕生、星系形成與黑洞活動的蛛絲馬跡。這些儀器能穿透塵埃，偵測波長長達數微米的紅外線訊號，得以一窺宇宙誕生後僅三億年的景象。
這幅地圖遠超出單純的「視覺記錄」，它提供了大量宇宙演化早期的證據資料。根據初步分析，在這片天區內，星系的密度是以往預測的十倍以上。特別是那些早期形成的大質量星系（massive early galaxies），以及與之共生的超大質量黑洞（supermassive black holes），出現的時間與規模都令人驚訝。這不僅可能顛覆現行宇宙演化模型（如ΛCDM cosmological model），更可能迫使天文物理學界重新思考宇宙誕生後的物質與能量分佈。
COSMOS-Web 專案共同主持人之一、來自美國加州大學聖塔芭芭拉分校（UC Santa Barbara）的 Kyle Casey 表示：「我們以前從未見過如此密集、如此遙遠的星系群體。這些觀測結果明確指出，宇宙早期比我們想像的還要活躍、還要快。」
資料的龐大亦為本次計畫帶來技術挑戰。僅此次公開的影像資料就超過 1.5 TB，科學家不僅需使用高效運算進行數位處理，更需建立完整分類、標記與互動平台。這些資料已全部開放於 COSMOS-Web 官方網站上，包含可供大眾互動探索的宇宙地圖工具，允許使用者在超深空圖像中點選任意星系，獲取其距離、亮度、光譜分類等天文資訊。
這場科學突破不只在數據規模與觀測深度上樹立新標竿，也象徵著未來「開放科學」的可能性。該專案的另一位主持人、羅徹斯特理工學院（Rochester Institute of Technology, RIT）教授 Jeyhan Kartaltepe 強調：「我們希望透過這份資料，鼓勵世界各地的研究者與學生親自參與探索，共同尋找屬於自己的星系發現。」
在宇宙大爆炸後僅幾億年的時空中，這些被 JWST 捕捉的光點正如同歷史的片段，被時間緩慢拉長、定格於數據之中。而我們，正在這份影像之中，尋找屬於自己的位置。
這不僅是一張宇宙地圖，這是人類試圖理解宇宙起源與命運的最新開篇。
光年深處的渴望：詹姆斯·韋伯望遠鏡如何重新定義天文學
當詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope, JWST）於 2021 年聖誕節從法屬圭亞那升空時，全球天文學界屏息以待。在接下來數月，它歷經超過 100 次關鍵部署操作，順利展開金色蜂巢般的主鏡，並航行至距地球 150 萬公里的拉格朗日第二點（L2點）穩定觀測軌道。JWST 不僅是繼哈伯望遠鏡（Hubble Space Telescope）之後的接棒者，更是一座全然重新定義「深空觀測」的巨型機器。它代表的不只是技術革新，更是一種對宇宙極限知識的渴望與挑戰。
與哈伯的分野：紅外眼睛開啟宇宙深史
JWST 的關鍵突破在於其專注於「紅外線」波段觀測。與哈伯主攻紫外與可見光不同，JWST 能夠偵測來自宇宙早期天體、經由宇宙膨脹而拉長的微弱紅外光。當我們試圖回溯宇宙誕生初期的恆星與星系時，這些光波早已離開可見光範圍，唯有紅外技術方能穿越塵埃，抵達現代儀器。
JWST 的主鏡直徑達 6.5 米，是哈伯的 2.7 倍，其光收集能力提高超過 6 倍。這意味著它可以用更短的時間，看到更遠、更黯淡的天體。而該望遠鏡的溫控系統則能維持攝氏零下 233 度的極低溫，以確保紅外感測器的準確性，避免來自機體本身的熱雜訊干擾。
COSMOS-Web 專案：從觀測到繪圖的宏願
在 JWST 眾多任務中，COSMOS-Web 是目前最具野心的深空繪圖計畫。它不僅觀測單一特定星系，而是針對「宇宙結構如何演化」進行大規模掃描。該專案以 2004 年哈伯望遠鏡所啟動的 COSMOS 計畫為基礎，結合當代最佳紅外觀測能力，針對同一片天空進行更深、更寬廣的捕捉。
觀測的「COSMOS 場域」（COSMOS Field）位於雙魚座星系方向，是天文學中最常被研究的區域之一，因為該處星系密度豐富且塵埃遮蔽較少。COSMOS-Web 團隊選擇以 NIRCam 與 MIRI 交錯掃描，涵蓋範圍達 0.54 平方度，總計用去 JWST 的 255 小時觀測時間，成為其首五年任務中耗時最久的單一專案。
儀器與資料：光子的長征
COSMOS-Web 所倚重的兩大儀器各有其分工：
- 近紅外相機（NIRCam）：用於捕捉波長約 0.6 至 5 微米的近紅外光，特別適合觀測恆星形成中的星系與結構。
- 中紅外儀器（MIRI）：波長涵蓋 5 至 28 微米，能洞悉塵埃環繞的活躍黑洞、星暴星系與冷卻的星際雲氣。
這些紅外訊號往往只有數百個光子，需經過超長曝光與疊加後才能顯影。資料以超高解析度影像形式儲存，經過光譜分類、形態辨識與時間紅移分析後，形成所謂「星系圖譜」（galaxy catalog）。光是此次資料集，就涵蓋約 150 萬筆星系物件資訊，總資料量超過 1.5 TB。
雲端處理與公開共享：資料不止為了專家
資料收集只是第一步，更大的挑戰來自於分析與公開。COSMOS-Web 團隊採用多種機器學習工具，進行自動星系識別與紅移估算，並與哈伯、史匹哲（Spitzer）等早期資料對照，辨識哪些天體為首次出現。
令人振奮的是，這份宇宙地圖並非僅屬於專案團隊，而是完全開放。官方網站提供一個可互動操作的地圖檢索平台，使用者可自由點選星系，查閱其光譜資料、距離、分類等資訊。這是當代「開放科學」最具體的實踐，也為教育、公眾參與與未來研究鋪路。
團隊與協作：國際視野下的科學合奏
COSMOS-Web 的規模與協作模式亦開創新局。專案匯集超過 100 名來自美國、歐洲與亞洲的天文學者，橫跨加州理工學院（Caltech）、羅徹斯特理工學院（RIT）、加州大學聖塔芭芭拉分校（UCSB）、英國劍橋大學、法國馬賽天文台等機構。數據儲存則依靠NASA的天文資料中心（Mikulski Archive for Space Telescopes, MAST）與 Caltech 雲端系統共同管理，確保全球科學家能同步參與。
科學家們深知，真正的突破往往來自不同視角的結合。這也正是 COSMOS-Web 背後的哲學核心：以 JWST 為眼，匯聚人類智識之光，照亮宇宙未竟的疆域。
時空翻頁的震撼：星系誕生、黑洞浮現，理論模型何去何從？
從 135 億年前射出的一縷紅外微光，穿越無垠黑暗，在今日被接收、解碼、重構為數位像素。當人類首次完整檢視 COSMOS-Web 宇宙地圖時，無數天文學者不禁瞠目結舌：這個宇宙，比我們以為的更加「迅速」、「巨大」，甚至「異常」。
星系潮湧：數量超預期十倍的早期宇宙
初步分析指出，在此次 COSMOS-Web 所覆蓋的 0.54 平方度天區中，出現大量來自宇宙早期（紅移 z > 6）的星系，其密度遠遠超出以往理論模型的推測。其中部分星系在宇宙誕生僅 3 至 4 億年後就已形成完整結構、出現成熟恆星族群，這讓許多科學家無法理解：「他們怎麼可能這麼早就長成了？」
依據標準宇宙學模型——ΛCDM 模型（Lambda Cold Dark Matter Model），宇宙初期應呈現緩慢演化，星系需經歷數億年漸進聚合。但 COSMOS-Web 觀測結果顯示，這些「早成型星系」（mature early galaxies）在極短時間內集聚大量氣體並形成高質量恆星，數量高達預測的10倍，仿若一場天文「早產」風暴。
美國宇宙學家 Priyamvada Natarajan 形容這一現象為「理論震撼彈」：「如果這些星系真如影像所示那麼龐大、那麼早形成，那麼我們需要全面重寫關於宇宙嬰兒期的教科書。」
黑洞的沉默爆炸：不合時序的巨獸現身
不僅僅是星系數量與質量令人吃驚，COSMOS-Web 更揭示了大量極早期的超大質量黑洞（supermassive black holes），這些天體的質量高達數億至數十億個太陽質量，且部分存在於紅移 z > 7 的星系之中。
傳統理論認為，黑洞成長需經由恆星崩潰後的吸積過程，可能需時數十億年。然而這些「早熟黑洞」似乎在宇宙年齡還不到 10 億年時便已成形。這些觀測不僅與現行黑洞成長模型矛盾，也可能暗示宇宙誕生之初便存在某種「種子黑洞」或未曾考慮的暴力成長機制。
來自英國劍橋大學的天體物理學者 Roberto Maiolino 表示：「我們彷彿發現了一群超齡的嬰兒。他們不僅提早出生，還過度生長，這完全不符合現代宇宙論預期。」
宇宙模型的臨界時刻：ΛCDM 模型何去何從？
ΛCDM 模型是當前宇宙學的標準理論架構，它假設宇宙由冷暗物質與暗能量主導，經歷暴脹、再結合、再進入結構形成時期。該模型成功解釋了宇宙微波背景（CMB）、星系分佈與大尺度結構等多項觀測。然而，COSMOS-Web 所揭示的早期星系與黑洞成長速度，已開始挑戰該模型在「初期條件」與「成長速率」上的設定。
有學者認為，或許暗物質與重子物質的交互作用需重新考量；也有人主張，宇宙暴脹階段可能產生更多密度擾動，讓星系更早聚合。甚至有部分理論提出「修改重力理論」（Modified Gravity）或「早期暗能量」（Early Dark Energy）等新框架，以補充 ΛCDM 模型不足之處。
雖目前學界尚無定論，但 JWST 的數據顯然正推動一場關於宇宙基本常數與演化速度的大規模學術辯證。
天文民主化：從資料公開到公民天文學
COSMOS-Web 的另一個重要意義，是對天文學研究民主化的促進。此次觀測資料全部開放，包括原始影像、處理後星表（catalogs）、紅移推估與光譜分群，任何人都可透過 Caltech 所建立的互動地圖平台進行探索。
此平台設計直觀，具備縮放、分類、交叉查詢等功能，允許使用者從數十萬個星系中，自由選擇感興趣對象。這也吸引許多學校與民間團體參與資料探索與標記，發展出一波「公民天文學」（Citizen Astronomy）運動。
例如，來自美國一所高中學生團隊便於地圖中發現一個外形類似「愛心」的螺旋星系，引起天文社群熱烈討論。而業餘天文學家也紛紛參與到星系分類、形態辨識的群眾協作平台中，共同為星系圖譜建構助力。
後續研究展望：JWST 時代剛剛開始
儘管 COSMOS-Web 地圖已經震撼世人，但這僅是 JWST 五年任務的冰山一角。未來數年，將有更多關於這些星系的「光譜觀測」（spectroscopic observations）進行，進一步精確其紅移值、金屬含量、恆星年齡與黑洞活動指標。這些光譜資料將對推翻或修正現有理論提供關鍵證據。
此外，JWST 亦將結合即將上線的羅曼太空望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope）進行更大規模的宇宙繪圖與暗能量研究。這將是下一場解構宇宙結構與命運的數據革命。
仰望星空、追尋光點、找尋自己
當我們回望星空，不只是探尋遙遠的光點，而是在時間的軌跡中尋找自己。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡所帶來的，從來不只是更深的影像，而是更深的提問。為何宇宙在如此短暫的時光中就構築出繁複的結構？我們又能從這些異常密集的星系與黑洞中讀出什麼樣的宇宙法則？
未來的觀測工具與資料科學將持續擴展人類對宇宙的理解邊界，而 COSMOS-Web 這份地圖，不只是一份記錄，更是一封寫給未來觀測者的備忘錄。
