詹姆斯·韦伯太空望远镜，是迄今为止人类建造的最贵、最强大的红外波段太空望远镜，它的主反射镜由铍制成，口径达到6.5米，面积超过哈勃太空望远镜的5倍。它的主要任务是调查宇宙大爆炸的残余红外线证据——简单来说就是观测宇宙的初期状态。

有人可能会问，詹姆斯·韦伯太空望远镜能看到宇宙大爆炸的全过程吗？

答案是：不能。詹姆斯·韦伯太空望远镜可以看到宇宙的过去，但没有办法观察到大爆炸的整个过程。

原因是光速是有限的，这意味着光也需要时间才能到达观测者的眼睛。比如当你看月亮的时候，你看到的大约是它一秒钟前的样子；当你看太阳时，你看到的大约是它8分钟前的样子，因为从太阳发出来的光，需要8分钟才能到达地球；而当你观察仙女座星系的时候，你看到的是它250万年前的样子。

我们能看到的最早的光来自137.99亿年前。这个时间非常接近宇宙最初的时间，但不是来自宇宙大爆炸那一刻，而是宇宙大爆炸38万年后。因为早期的宇宙又热又稠密，充满了等离子体——等离子体是物质固态、液态和气态之外的第4态，是原子核和自由电子的混合物。等离子体的自由电子的能量太大，无法与原子共存，它是不透明的，会将宇宙初期的光遮挡。

在大爆炸发生38万年后，宇宙膨胀并冷却，这意味着电子可以留在原子核周围。宇宙中充满了气体而不是等离子体，因此变得清晰起来。这被称为重组时代，我们能观测到的最早的光实际上是重组时代之前等离子体的余晖。

然而，随着宇宙膨胀，穿过宇宙的光也随之膨胀，我们称之为宇宙红移。等离子体的余晖红移得如此之大，以至于它不再是可见光，而是微波。看起来就像下图这样子，这张图也叫宇宙微波背景辐射。

我们能看到的宇宙中最早的可见光图像是这样的：

红移是什么？简单来说就是，当一个发光的物体以极快的速度远离我们的时候，我们观测到的光的频率会变低，其作用相当于光的波长被拉长，而长波处于光谱的红端，因此叫红移。当这个物体远离我们的速度越大，我们接收到的光的频率就越低，红移越大，就越难观测到。

相反，当一个发光物体以极快的速度接近我们的时候，光的频率会变高，这叫蓝移。很明显的，如果我们以30%的光速在太空中飞行，那么我们的面前的景象将有可能是一片蓝色。

在上面宇宙最早的可见光图像中，有一个被称为GN-z11的物体的放大图，这是一个距离我们非常遥远的星系，它的红移如此之大，以至于我们差点看不到它。这个星系的光来自宇宙大爆炸发生大约4亿年之后，也就是所谓的宇宙黑暗时代结束后不久，那时候还没有恒星。当时，它可能看起来像这样：

据估计，GN-z11的质量约为银河系的1%，其大小约为银河系的4%，它形成恒星的速度比银河系快20倍。在许多方面，GN-z11挑战了很多科学家关于早期宇宙中星系形成的理论，很多科学家因此“吵翻了”。

因此，詹姆斯·韦伯太空望远镜的主要任务就是去揭示真相，去证明哪位科学家的理论才是正确的，为了理解第一批星系是如何形成的，我们希望看到比GN-z11更远（即更早、更古老）的星系。问题是，那些星系的红移太大，我们接收到的光的频率很低，相当于远红外光波，这意味着地面望远镜受到了严重限制，因为大气层善于阻挡红外光。

有人可能会问，那哈勃太空望远镜干什么去了？哈勃望远镜主要用于在可见光谱中观察，其观测到的光的频率受到其2.4米反射镜的限制。

因此，我们想要研究第一批星系的形成，就需要一台“地面望远镜”，它的反射镜要宽得多，但它要被放在太空中，这样红外就不会被阻挡，而且要有专门用于红外观测的仪器。那台望远镜是詹姆斯·韦伯太空望远镜。它不会让我们看到宇宙大爆炸，但它会让我们看到第一个星系的形成。

不仅如此，它还将使我们能够更清晰地研究物体，从新的角度进行研究。下面这两张照片是哈勃太空望远镜拍摄的同一个物体。左边的那张在可见光下，气体和尘埃阻挡了很多有趣的细节，但这些细节可以在红外光仪器中看到，就像右边的图像一样。

然而，哈勃望远镜仅限于近红外光波段。詹姆斯·韦伯太空望远镜能够在远红外条件下使用更大的反射镜进行观察。它将能够更容易地看穿尘埃，并产生更详细的图像，使我们能够获得更好的数据，并对遥远的天体进行更好的科学研究。詹姆斯·韦伯太空望远镜甚至可以让我们直接观察其他恒星周围的遥远行星。