一直以來,詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)都被視為哈勃太空望遠鏡的繼任者,這對NASA來說是一個巨大的壓力,因為哈勃名号家喻戶曉。自1990年發射以來的三十多年中,哈勃望遠鏡以前所未有的細節揭示了宇宙的奇迹,它抓住了公衆的想象力,為我們打開了一扇欣賞絢爛宇宙的窗。我們不禁會發出疑問,韋伯望遠鏡真的能超越哈勃嗎?
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。
詹姆斯·韋伯望遠鏡以他的名字命名,他在1960年代擔任NASA局長
然而,鑒于航天器極其複雜和創新的設計,這個預算被證明是過度樂觀,到最終發射前,它将耗資近100億美元 。盡管如此,參與該項目的科學家認為,詹姆斯·韋伯望遠鏡的觀測結果值得如此大量投入的時間和金錢。
為什麼拖期這麼久?
韋伯望遠鏡将被發射至距離地球150萬公裡的L2點,這将使它觀看宇宙的視野比哈勃望遠鏡從近地軌道上看更清晰。但這也帶來一個缺點,一旦它發生故障,派宇航員去修理它是一件相當複雜的事。因此,一切都必須在第一次嘗試中完美運行,這也是NASA花了二十年時間做發射準備的主要原因。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是如何工作的?
從外觀上看,韋伯望遠鏡與哈勃望遠鏡非常不同。後者,就像傳統的望遠鏡一樣,被封閉在一個圓柱形管中,這個管狀結構可以保護光學元件免受雜散光的影響。根據其在軌道上的位置,哈勃望遠鏡可能會暴露在很多這樣的環境中:來自一個方向的熾熱陽光,來自地球表面甚至是月球的反射光。但韋伯望遠鏡則有所不同,從L2點處觀測,所有這些明亮的光源或多或少都朝同一個方向,所以望遠鏡隻需要一個大遮陽闆就足夠了。
從功能上說,韋伯和哈勃都是基于相同的原理構建,它們都是圍繞一個巨大的主鏡建造的,該鏡子的關鍵工作是從可能位于可觀測宇宙邊緣的物體中捕獲盡可能多的光線,從本質上講,這面鏡子越大越好。哈勃的主鏡直徑為8英尺(2.4米),由一塊圓形玻璃制成。根據NASA的計算,如果将其放大到韋伯望遠鏡所需的尺寸 ,大約需要21.3英尺(6.5米)寬,那麼不僅制造起來非常困難,而且結果将太大太重而無法發射到太空。
因此,韋伯望遠鏡的鏡面改由18個六邊形部分構成,這些六邊形部分可以折疊起來進行發射,在進入太空後它們再展開進行部署中。盡管SA考慮過用玻璃制造這些部件,就像哈勃望遠鏡的鏡子一樣,但最終他們使用了铍,一種非常堅固、輕質的金屬,通常用于高速飛機和太空飛行器。
考慮到六邊形形狀,韋伯望遠鏡的鏡面有效面積為269平方英尺(25平方米),而哈勃望遠鏡的有效面積僅為43平方英尺(四平方米),這相當于性能提升了六倍以上。
韋伯望遠鏡的的使命是什麼?
目标一:觀測早期宇宙
韋伯望遠鏡被描述為"時間機器",從某種意義上說确實如此,因為來自遙遠物體的光以有限的速度傳播,我們看到它們就是追溯過去。哈勃望遠鏡向我們展示了數十億年前的星系,但韋伯望遠鏡将更加敏感,它能一直追溯到大約136億年前第一批星系形成的時候。
目标二:觀測星系随時間的變化
多虧了哈勃望遠鏡拍攝的壯觀圖像,大多數人都知道星系的樣子:大量的恒星排列成優雅對稱的螺旋圖案,但這些都是相距離我們比較近的星系,而韋伯望遠鏡将看到更古老的星系,或許它能揭示原始星系是如何形成的。
目标3:探究恒星的生命周期
遍布宇宙的星系起源于很久以前,從那時起它們一直在穩步演化,但它們内部的恒星并非如此,它們經曆誕生、發育、老化和死亡,而舊恒星的殘餘物有助于制造新恒星所需的原材料。這個過程的大部分内容都得到了很好的理解,但圍繞恒星的實際誕生以及圍繞它們可能形成的行星盤仍然存在大量謎團。詹姆斯·韋伯望遠鏡所觀測的紅外線将透過厚重的宇宙塵埃,為我們揭示恒星形成的最終秘密。反過來,這可能也會讓我們了解太陽系的起源。
目标4:發現其他世界
當代天文學最令人興奮的領域之一是尋找圍繞其他恒星運行的系外行星,特别是可能具有生命進化所需的化學成分和條件的類地行星。韋伯望遠鏡将以多種方式為這一搜索做出貢獻,使用紅外成像和光譜學來研究行星系統的化學和物理性質。
詹姆斯·韋伯望遠鏡何時發射?
因一些意外原因,發射時間從12月18日推遲到12月22日。
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