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人類目前最大的光學望遠鏡

生活 更新时间:2025-04-23 05:42:54

稍微關注一些天文界動向的朋友,一定聽說過大名鼎鼎的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡,而且我們一直将它視為哈勃望遠鏡的接班人,NASA也反複強調,韋伯将是我們人類史上最強大的太空望遠鏡,但因為一次次放鴿子行為,韋伯被冠上了“一代鴿王”的稱号。

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那麼,這台望遠鏡到底因為什麼原因遲遲不得升空?

在1990年的時候,NASA就發射了目前最先進的太空望遠鏡——哈勃,它已經在軌工作了31年,為我們展現了無數令人歎為觀止的宇宙奇觀。人們不由地期待下一個望遠鏡能發現更多關于宇宙的秘密。

而在哈勃升空的6年後,NASA就開始思考研制新一代太空望遠鏡了,最後,他們采用了NASA第二任局長的名字詹姆斯·韋伯來給這台望遠鏡正式命名。

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韋伯望遠鏡是一台由NASA、歐洲航天局,以及加拿大航空航天局聯合研發的紅外線觀測用的太空望遠鏡,它的質量有6.2噸,雖然隻有哈勃的一半,但它的主反射鏡口徑達到了6.5米,是哈勃的三倍。

它的主鏡被分割成18塊六角形的鏡片,為了确保鏡子既堅固又輕質,研究團隊用铍材料制成鏡子,每塊子鏡大約有一張咖啡桌這麼大,重量達到20千克,子鏡上還被鍍上一層純金薄膜以提高反射紅外線的能力。

由于組裝好的鏡子實在太大了,完全超過了阿裡安5号火箭發射的整流罩尺寸,所以必須讓韋伯望遠鏡折疊起來,進入預定軌道後這些鏡片才會在高精度的微型馬達和波面傳感器的控制下展開。

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這套設計的技術難度非常高,因為本身要成為一面反射鏡,精度得控制在10納米内,稍有誤差,望遠鏡的效果就會大打折扣,甚至完全失去功能。

望遠鏡上還有一個五層遮陽闆,可以讓設備維持在零下220度的低溫下,避免太空中的紅外輻射影響。

五層薄膜材料每一層大約有300平方米的大小,完全展開的話面積相當于一個網球場,可以阻擋來自地球、月球和太陽的紅外光,來保持主反射鏡和科學儀器的冷卻,因此,遮陽闆能不能順利展開,也是任務成敗的關鍵。

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從發射,到入軌,再到展開鏡片和遮陽闆,每一步都需要精密設計,哪怕隻是進入一小粒灰塵,都會對韋伯造成難以修複的損傷,所以也可以理解NASA對發射韋伯望遠鏡計劃的慎重。

一旦發射成功,韋伯望遠鏡将在日-地第二拉格朗日點上繞太陽運行,這是太陽和地球的引力平衡點,距離地球有150萬公裡,而相比起來,哈勃望遠鏡距離地球地面大約隻有640公裡,月球到地球的距離也隻是35萬公裡。可以想象,這個距離有多遠。

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在這裡,韋伯望遠鏡将随着地球一起公轉,相對于地球的位置是不變的,可以說是變成了太陽的“衛星”,和地球一起享受太陽穩定的光照和溫度,而且不被地球阻擋,這是一個絕佳的地點,可以用我們從未有過的視角來觀測宇宙,甚至能看到宇宙最初的恒星和星系,而哈勃做不到這一點。

但距離地球太遠,也有弊端,以目前人類的載人航天技術,基本上不可能讓宇航員去到這個位置,所以一旦望遠鏡出現什麼問題,就隻能自生自滅了。

從立項之初,到初定2014年升空,如今又過了七年,因為望遠鏡本身以及遮陽闆的體積和複雜性超過大多數探測器,從安裝到測試,要用的時間也更長,還有一系列技術問題和預算問題,也絆住了韋伯望遠鏡的腳步。

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最初韋伯望遠鏡的預算大概是5億美元,這比耗費了15億的哈勃要便宜多了,NASA一拍桌子就把這個計劃确定了下來,可是5億這個數字卻越跑越離譜。

随着發射日期的拖延,當初說好隻花5個億,到了2020年,預算已經接近100億美元了。于是“出問題、延期、缺錢”的過程一直反複循環。

人們一直說,韋伯将是人類有史以來最大、功能最強的望遠鏡,那麼,它到底能為我們探索宇宙做出那些貢獻呢?

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首先,韋伯可以說是一台時間機器,可以捕捉到宇宙中最古老的物體,尋找到宇宙中最先形成的第一批星系,從而解開宇宙誕生的秘密,其中就包括對圍繞初生恒星的原行星盤、分子雲、彗星等展開研究。

他們距離地球太過遙遠,再加上宇宙一直處于膨脹狀态,第一批星系已經不再發出可見光,而是紅移到紅外光譜,所以要對它們進行觀測的話,就需要一架大型紅外望遠鏡。

除此之外,韋伯望遠鏡還可以協助TESS(淩日系外行星巡天衛星)任務尋找超級地球,調查宇宙中暗物質、暗能量的性質,在宇宙微波背景輻射等熱門領域展開攻勢,總之,從搜尋外星生命,到揭開宇宙原始時期的真相,詹姆斯韋伯望遠鏡肩負重任。

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目前,NASA又一次将因為技術原因,将發射日期從2021年的3月份推到了10月份,盡管望遠鏡還沒有升空,但大家都望眼欲穿,現在就已經有很多科學家排着隊等着利用它進行觀測了。

這台總共耗時25年,斥資100億美元的望遠鏡應該是快要發射升空了吧,期待它早日升空。

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