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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

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……

(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……

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