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哈勃“繼任者”韋伯太空望遠鏡終于成功發射( 五 )

韋伯生活百科


之所以要克服這么多困難在紅外波段觀測，是因為來自早期宇宙的光在經過百億年的紅移后，早就變成了紅外線 。在波長相同的情況下，望遠鏡口徑越大，空間分辨率也就越高，在光學波段，JWST的分辨率高達0.1角秒；6.5米的口徑同時帶來了前所未有的靈敏度，理論上，它能探測到地月距離那么遠的一只大黃蜂的發出的紅外線 。除了傳統的相機，JWST還搭載了光譜儀和星冕儀，能讓它獲得更多科學數據 。為了到達拉格朗日點L2點附近避開地球、月球光線的干涉，獲得最優的觀測環境，整個望遠鏡的重量被限制到了6.2噸，和一輛中巴車相當 。
可折疊望遠鏡
當然，想把望遠鏡發射到天上，僅僅減輕重量是不夠的，沒有火箭能裝得下這么大的結構，JWST必須是可折疊的，這帶來了更多困難 。JWST的主鏡、副鏡、5層遮陽板，還有老生常談的太陽能板，都是可折疊的 。
JWST折疊放置在阿麗亞娜5整流罩中的示意圖（圖片來源：webb space telescope media kit/NASA）
從打包狀態到完全展開是一個復雜的過程 。發射不久后，JWST就會打開太陽能板獲取能量 。在這之后，JWST還會修正幾次軌道，因為阿麗亞娜5并不能直接把它送到L2點附近軌道，那樣會將望遠鏡的光學組件暴露在陽光下造成損害 。在發射2.5天后，JWST展開兩個遮陽板支架，然后望遠鏡的可展開塔組件（Deployable Tower Assembly）會展開，將JWST的光學部分和其他部分分離開來，為5層遮陽板提供空間 。全部5層遮陽板會在發射后一周內展開 。副鏡和主鏡會在第二周內展開 。發射29天后，JWST將進行最后一次機動，駛入L2點軌道，該軌道在月球軌道之外，距地球大約150萬公里，在地球引力的幫助下，JWST將繞著太陽一起旋轉 。
在那之后，JWST仍不能開始工作，它要開始漫長的冷卻 。遮陽板的暗面大約會在那之后3周冷卻到40開爾文左右，而JWST的MIRI設備還需要額外制冷劑冷卻到7開爾文 。在那之后望遠鏡將會對變形過程中產生的誤差進行修正，主鏡和副鏡會在發射4個月后完成調試，那時它們位置排列的誤差會小于觀測波長，僅有幾納米 。在經過幾個月的調試、測試后，JWST將會在發射約半年后開始正式科學觀測，為我們揭開宇宙早期的秘密 。
科學目標
JWST能幫人類尋找宇宙中第一批形成的星系，揭開宇宙黑暗時代之后再電離時代的秘密 。因為紅移的作用，在宇宙中選擇不同波長的光進行觀測，就好像坐上了時光機，JWST將觀測波長縮短，就能觀測宇宙的不同階段，研究星系、恒星是如何在宇宙百億年的歷史中演化的 。它還能幫我們分析地外行星的大氣成分，為太陽系中其他成員拍下更清晰的照片 。
這些科學目標聽上去似乎就是哈勃的工作，這也正是JWST被稱為哈勃繼任者的原因之一 。哈勃空間望遠鏡革新了全人類對宇宙的認知，為我們帶來了數不勝數的震撼照片，而JWST能看到更深的宇宙，能穿透茫茫的時空，將隱藏在宇宙塵埃背后的秘密悉數揭開 。就像哈勃、開普勒、TESS這些為人類作出偉大貢獻的望遠鏡一樣，JWST的數據將會存儲在米庫斯基空間望遠鏡數據庫（Mikulski Archive for Space Telescopes，MAST）中，向全人類公開 。
JWST復雜的結構帶來的是前所未有的技術難度，北美和歐洲共14個國家的數千名科學家，工程師和技師，他們為JWST忙碌的時間超過了4000萬小時，他們在JWST上實現的技術突破更是數不勝數：熱開關，輕質低溫鏡片，制冷技術，紅外傳感器……任意一個組件背后凝結的汗水都不可計數 。
但復雜的結構帶來的是極高的出錯概率，在測試過程中，JWST被發現有344個點位可能出現故障 。發射之后，JWST的軌道位于月球軌道之外，人類根本沒有對其進行修復的可能 。這也是為何面對JWST，所有人都是慎之又慎，這幾個月來JWST的發射時間也從12月初慢慢推遲到了圣誕節當天 。這是一個浪漫的巧合，因為對那些熱愛星空的人來說，JWST就是最好的圣誕禮物 。
哈勃太空望遠鏡 來源：NASA
“鴿”了14年
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡以NASA早期管理人員之一詹姆斯·E·韋伯（James E. Webb）的名字命名，他在1960年代監督了阿波羅計劃 。早在2002年，差不多20年前，韋伯的名字就首次被用于"下一代太空望遠鏡"，這個計劃最初預算為5億美元，并準備在2007年發射 。但由于各種原因，2019年8月28日才組裝完畢，升空日期一直“鴿”到了14年后的今天，比這臺紅外線空間望遠鏡的預計壽命還要長 。原先，“韋伯”的預算費用是5億美元，現在已經花了96.6億美元，四舍五入就是100個億，項目嚴重超支，堪稱不折不扣的“鴿王” 。

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