您的位置:首頁»生活常識»正文

真·鍍金望遠鏡,迄今為止人類最強的太空望遠鏡,即將發射升空

PubDate:2021-05-17

耗時25年,斥資100億美元,這臺迄今為止最強大的太空望遠鏡,終於即將發射升空了。

1990年,美國發射了目前最先進的太空望遠鏡——哈勃。在未來31年的時間裡,它都保持著無與倫比的觀測能力。

但是,在哈勃升空僅僅6年後,美國宇航局就開始思考新一代太空望遠鏡的研製了。注意,新一代太空望遠鏡真的就是當初它的名字,直到後來,美國宇航局採用他們第二任局長的名字來給它正式命名,這就是著名的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(簡稱JWST)。

哈勃望遠鏡在研製過程中,就面臨過一個重要的問題,那就是經費。哈勃望遠鏡的經費不斷攀升,讓美國宇航局都望而卻步,最終耗資15億美元,才將它送上了太空。因此,JWST要花多少錢,就成了一個嚴重的問題。

根據最初的計畫,JWST的預算大概是5億美元。美國宇航局一看到這個數字,差點笑出來。這麼便宜,為啥不幹?整!

估計他們最初可能也思考過,

雖然5億這個數字可能跑偏,未來會增加,但總不會增加得太離譜吧?誰曾想到,還真就越來越離譜了。下面這張圖,展示了JWST不斷攀升的經費,和不斷延遲的發射日期。其中橫坐標是實際年份,左側縱坐標是不斷推遲的預計發射年份,而右側縱坐標則是恐怖的經費。當初說好的只花5個億,如今已經差不多到了100億了。

而JWST的發射日期一推再推,除了技術問題之外,經費問題也是重要的原因。此前一次推遲,是推到了今年3月。而且隨後就有專家預測,今年3月發射的概率非常低。果然,後來NASA又將望遠鏡的發射日期推到了今年10月份。這一次,看起來真的有希望了。

正所謂好飯不怕晚,儘管推遲了這麼久,JWST仍然是人類萬眾矚目的太空望遠鏡。一旦發射升空,它將帶領我們觀測到此前絕對無法看到的宇宙。

JWST的主鏡口徑達到了6.5米,而哈勃只有2.4米,是後者的2.7倍,它是由18個正六邊形的鏡片拼合而成的。這種形式的主鏡除了稍微降低一些難度之外,還有一個更重要的作用,

那就是便於發射。畢竟6.5米的口徑太大了,整流罩才只有5米長。

(圖片說明:哈勃和韋伯的主鏡尺寸對比)

那麼,為何JWST是六邊形的呢?

這是因為,如果都是用圓形來拼接,中間就會有很多漏洞。而六邊形擁有著非常高的填充係數,並且拼接後的整體儘量接近圓形,

保持拍攝圖像的形狀NASA不得不將其進行折疊後,才能勉強裝進整流罩中,等到進入太空再展開。而JWST的展開工作,NASA此前也進行過多次測試了。為了保證測試的準確性,科學家們還給它特殊的重力抵消設施,從而確保它能夠在太空微重力狀態下良好展開。

(圖片說明:JWST裝入整流罩的折疊示意圖)

要知道,這樣的展開並不容易,不是像大家想象的,大概平整了就可以。為了達到觀測效果,JWST的主鏡角度要達到極其精密的程度才可以。和主鏡同時展開的,還有遮陽罩等設備。因此,JWST的展開,要同時運作120個致動器和馬達來完成,的確是極其複雜的。

5月12日,NASA也完成了最後一次展開測試,一切順利,JWST整裝待發。

(圖片說明:NASA在無塵室進行JWST的展開測試)

用腳趾想也知道,望遠鏡的口徑越大,意味著觀測能力越強。專業一點來說,就是集光力和解析度足夠高。集光力指的是望遠鏡較人眼聚集多少倍光,而解析度指的是我們能將多近的兩個物體分辨開來。為什麼我們看其他恒星都是一個光點,而太陽卻是一個光球?這是因為它們太遠了,我們的眼睛不足以將它左右兩側分辨開來。

所以,憑藉更大的物鏡,詹姆斯·韋伯太空望遠鏡不僅能夠觀測到比哈勃更暗的天體,也能夠更加清晰。

實際上,JWST的主鏡,不僅僅是大,還有很多特點值得注意。

在這個6.5米的主鏡上,科學家們塗上了很多特殊的物質,從而提到其觀測能力。

黃金:它可以提高JWST的紅外反射能力,從而使得它具備比較強大的中紅外觀測能力,這是哈勃所不具備的。你可能覺得這太費錢了,不過想一想100億美元的資金,你覺得能有多少比例是用在購置純金上的;

鈹:它擁有非常高的剛性,這對於不得不在極寒的太空中進行工作的JWST來說,可以儘量減少形變。

正是這些先進的手段和材料,才能夠保證這臺史無前例的望遠鏡能夠獲得最強的觀測效果。

根據目前的計畫,詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將在今年10月31日發射升空。和哈勃不一樣的是,JWST將會被安置在第二拉格朗日點的位置上,也就是距離地球大約150萬公里遠處。在這裡,JWST將會和地球保持同步的軌道,但也有一個缺點,那就是距離太遠,根本不可能像哈勃一樣靠宇航員進行後期維護。

這也是導致JWST發射時間一再推遲的原因之一。當初哈勃就出現了嚴重的問題,差一點直接報廢。好在通過宇航員的維護,才能夠投入使用,並且後期的多次升級中提升觀測能力,才有了31年的超長觀測壽命。JWST不可能進行這樣的維護,所以必須在發射之前反復測試,以求萬無一失。

科學家預測,JWST的觀測距離將會超過哈勃數億光年,這意味著我們可以觀測到更早期的宇宙是什麼模樣的。而且,它還可以對系外行星的大氣成分進行光譜分析,幫助我們瞭解某顆行星的宜居性,甚至推測其孕育生命的可能性。

JWST還沒有發射升空,科學家們已經為它設定好了許多觀測目標。相信在它升空以後,一定會非常忙碌,同時也會帶來非常豐富的研究成果。而等著利用它進行觀測的科學家,估計也都排出去幾條街了吧……

鈹:它擁有非常高的剛性,這對於不得不在極寒的太空中進行工作的JWST來說,可以儘量減少形變。

正是這些先進的手段和材料,才能夠保證這臺史無前例的望遠鏡能夠獲得最強的觀測效果。

根據目前的計畫,詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將在今年10月31日發射升空。和哈勃不一樣的是,JWST將會被安置在第二拉格朗日點的位置上,也就是距離地球大約150萬公里遠處。在這裡,JWST將會和地球保持同步的軌道,但也有一個缺點,那就是距離太遠,根本不可能像哈勃一樣靠宇航員進行後期維護。

這也是導致JWST發射時間一再推遲的原因之一。當初哈勃就出現了嚴重的問題,差一點直接報廢。好在通過宇航員的維護,才能夠投入使用,並且後期的多次升級中提升觀測能力,才有了31年的超長觀測壽命。JWST不可能進行這樣的維護,所以必須在發射之前反復測試,以求萬無一失。

科學家預測,JWST的觀測距離將會超過哈勃數億光年,這意味著我們可以觀測到更早期的宇宙是什麼模樣的。而且,它還可以對系外行星的大氣成分進行光譜分析,幫助我們瞭解某顆行星的宜居性,甚至推測其孕育生命的可能性。

JWST還沒有發射升空,科學家們已經為它設定好了許多觀測目標。相信在它升空以後,一定會非常忙碌,同時也會帶來非常豐富的研究成果。而等著利用它進行觀測的科學家,估計也都排出去幾條街了吧……