解密詹姆斯韦伯太空望远镜的历史镜像竞赛梦想与颠覆

　　北京时间12月25日20时22分，近乎纯白色的＂阿丽亚娜5号＂运载火箭正式点火，超过115吨的推进力让整个发射台都开始剧烈颤抖。
　　但从缓慢＂起身＂到快速爬升只用了几秒钟，伴随着绵绵细雨和巨大轰鸣声，这次旅行的＂乘客＂——詹姆斯·韦伯太空望远镜，与火箭一起以惊人的速度离开地表，向150万公里之外的旅途终点飞去。
　　图 | 150万公里外的格拉朗日点是这次旅程的终点
　　可以说，韦伯望远镜是否能成功运转，对你、我及整个人类的未来息息相关——学界普遍认为，她将点亮宇宙这个＂暗室＂、回溯宇宙的开端，并极有可能改变甚至颠覆我们对宇宙、世界、乃至物质的认知。
　　然而，关于这个从设想到修建、再到发射，足足用了近30年的设备来说，背后的许多故事和许多细节却仍鲜为人知： ·为什么NASA愿意花百亿重金修建太空望远镜？
　　·哈勃望远镜与韦伯望远镜究竟是啥关系？
　　·为什么韦伯望远镜的预算会翻了20倍：从5亿美元一路上涨到100亿美金？
　　·为何在已经花费了大几十亿美金时，韦伯望远镜差点被美国国会＂枪毙＂？
　　·已经修好的韦伯望远镜为何为何此前屡屡被推迟发射？
　　·如果一切正常运转，谁可以使用韦伯望远镜？
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　　而这些问题的答案，我们将在这篇文章中一一为你揭晓。 一、竞赛、嘴炮和NASA
　　世上本无韦伯望远镜，一切还要从＂太空竞赛＂与NASA（美国国家航空航天局）的建立说起。
　　某种意义上，二战结束即是美苏争霸的开端。很快，冷战的覆盖范围从军备竞赛辐射到了方方面面。
　　由于双方手中都掌握了大量被俘的德国火箭技术与专家，从对远程导弹的研制和较量，就开始逐渐加码到了对太空探索技术的比拼上。
　　1957年10月，向来认为自己在＂导弹和航天领域＂处于领导地位的美国人遭到了沉重打击：苏联成功地将第一枚人造卫星＂斯普特尼克1号＂送入太空，这让此前对国内大力宣传＂苏联只是个落后国家＂的美国政府颇为狼狈，引起美国朝野震动，史称＂斯普特尼克危机（Sputnik crisis）＂。
　　图 |斯普特尼克-1号纪念邮票
　　在国会不断的施压下，1958年7月，尽管并不十分情愿，时任美国总统的艾森豪威尔还是正式批准成立了NASA和推动＂水星计划＂，随后在1960年，又推出了雄心勃勃的＂阿波罗登月计划＂。
　　图 | 阿波罗计划标志
　　自此，烧钱无数的＂太空竞赛＂正式打响。
　　转眼到了1961年，约翰·肯尼迪总统上任，与艾森豪威尔不同，新总统对航天领域表现得极为＂热衷＂，并在竞选时承诺：要使美国在航天探索和导弹防御上全面超过苏联。
　　然而事实证明肯尼迪有点＂嘴炮＂。上任后的肯尼迪却对拨巨款支持美国航空事业＂犹豫不决＂，不仅并未全力支持＂阿波罗登月计划＂，还打算砍掉不少花费大、回报慢的项目。但颇有远见的是，他力排众议，让当时并非是行业专家的詹姆斯·韦伯做了NASA的第二任局长。
　　图 | 詹姆斯·韦伯，NASA的第二任局长
　　直到1961年4月12日，苏联航天员尤里·加加林成为了首次进入航天的人类，同时也再次震动美国。同年5月，肯尼迪在公开演讲中发誓，要在1961-1970在这十年结束之前＂将一个人送上月球＂。自此，肯尼迪政府开始加大了对NASA的支持。
　　图 | 在这次演讲中，肯尼迪发誓要首先登月
　　而在随后的约翰逊政府，NASA甚至得到了进一步的强力支持。
　　图 | 阿波罗11号起飞时，已经卸任总统的约翰逊在现场观看。与前两任总统不同，在肯尼迪遇刺后，临危受命的约翰逊是真正热衷航天领域的总统，他真正大力推进了包括阿波罗计划在内的大量航空项目。
　　就是在这种背景下，太空望远镜项目迎来了自己的机会。 二、艰难的开路者：哈勃望远镜
　　1962年，美国国家科学院在一份报告中推荐空间望远镜做为发展太空项目的一部分，并在1966-1972年之间分别发射了4架轨道天文台（Orbiting Astronomical Observatory，简称OAO）。
　　图 | 1960年代的轨道天文台
　　尽管4架OAO的发射与运行状况有成功也有失败，但至少证明了在太空中放置望远镜是可行的。
　　于是，在NASA、天文学界与美国政界的反复拉锯之后，终于争取到了3600万美金开始正式设计一款更强力的望远镜：大型空间望远镜（Large Space Telescope），也就是之后的哈勃。
　　图 | 哈勃望远镜细分图
　　经过几番周折（主要是和国会要钱以及对主要配件的制造）后，哈勃望远镜在1986年之前完全建好，并计划在1986年10月发射。
　　但悲剧发生了：1986年1月28日，美国载人航天项目发生重大事故。＂挑战者号＂航天飞机起飞73秒后解体，七名航天员全部遇难。
　　图 | 挑战者号爆炸后几秒内的照片
　　而哈勃望远镜借助航天飞机进入太空的计划被迫推迟。这一推，就是整整4年。
　　然而，推迟过程中花费同样不小：望远镜必须保存在一个洁净室中，保持通电并用氮气吹扫，直到重新发射。这意味着每个月的维护成本就高达600万美元。
　　实际上，哈勃望远镜的花费早已超出最初的预算，在1986年10月前就已经花掉了11亿美金。
　　直到1990年4月24日，航天飞机恢复飞行后，哈勃望远镜终于成功搭载＂发现号＂升入太空。但令人哭笑不得的是，寄予厚望的的哈勃望远镜着实＂不给力＂，其传回的第一张图片模糊不清。
　　图 | 第一张哈勃望远镜传回的图片，模糊不清
　　NASA意识到了一个残酷的现实：哈勃的零件出了大问题。 三、官僚化的NASA，差点被＂枪毙＂的韦伯望远镜
　　简单来说，问题的根源处出自哈勃望远镜最主要的配件：主镜，它的形状被磨错了，其镜面边缘磨的太平，与实际需要差了约2.2微米，从而造成了严重的球面像差。
　　对于NASA和天文学界来说，此时的路只有两条：要么维修，要么重建。很明显，重建是不可能的，维修成为了首要方案。于是，NASA筹划了＂上天维修＂计划，准备让7名宇航员飞到哈勃望远镜附近进行维修。
　　尽管天文学界对这项任务充满＂期待＂。但NASA认为，究竟能否修好尚在两可之间。于是，作为美国天文学界的权威组织，天文学大学协会（Association of Universities for Research in Astronomy，AURA），成立了一个由美国主要天文学家组成的委员会＂HST&Beyond＂，一是为了帮助评估修复任务是否合理有效；二是如果修复任务失败，该怎么筹划新的太空望远镜。
　　幸好，＂上天维修＂计划顺利完成，哈勃太空望远镜终于给出令人满意的照片。
　　图 | 执行第一次维修任务的宇航员
　　而HST&Beyond也没有放弃之前的努力，1996年5月15日，总结过去的技术积累，HST-BEYOND委员会向NASA提交了一份光看名字很长的报告《探索和寻找起源：关于紫外-光学-红外空间天文学的愿景》（Exploration and the Search for Origins: A Vision for Ultraviolet-Optical-Infrared Space Astronomy），不仅成功劝服NASA让哈勃望远镜至少服役到2205年，同时还接受了规划未来新一代望远镜的计划，这份报告也成为了詹姆斯韦伯望远镜诞生的起点。
　　图-《Exploration and the Search for Origins: A Vision for Ultraviolet-Optical-Infrared Space Astronomy》
　　然而，伴随着1991年苏联解体，冷战彻底结束，政府对天文项目的支持已经不像过往那么多了（尤其是哈勃望远镜的超预算巨额投资让不少人心有余悸）。对于NASA，美国政府提出了＂更快、更好、更便宜（faster, better, cheaper）＂的要求，总结一句话就是缩减预算。
　　然鹅，NASA还是采取了＂先立项、后要钱＂的办法。1997年NASA制定了5亿美元预算的＂下一代太空望远镜＂（ Next Generation Space Telescope,NGST）计划，并在2002年以詹姆斯·韦伯重新命名了该计划。
　　图-韦伯望远镜的设计草图之一
　　5亿美元显然是不够的。到2006年，韦伯望远镜的开发费用已经花了10亿美元，预算也冲到了45亿美元。2008年，预算来到了50亿美元。
　　图-2005年时，韦伯望远镜的计划
　　不断高涨的预算让美国政客们坐不住了。2011年，韦伯望远镜迎来了最大危机：7月6日，美国众议院商业、司法和科学拨款委员会提议取消詹姆斯·韦伯项目——此时已经实际花费了30亿美元，75%的硬件正在生产中。
　　事实上，学界也对韦伯望远镜项目颇有微词，因为韦伯望远镜占掉了太多的预算。《自然》杂志甚至形容称＂望远镜吞噬了天文学（ the telescope that ate astronomy）＂。
　　经过多方斡旋，韦伯望远镜最终还是得以保留并继续开发下去。时至今日，詹姆斯·韦伯太空望远镜项目已经耗资百亿美元，是最初预算的二十倍。
　　图-詹姆斯·韦伯望远镜开发团队与模型的合影
　　尽管詹姆斯·韦伯项目最终成功落地，但结合其多次＂跳票＂足以说明，今日的NASA从效率到管理，已不复当年的荣光。 四、百亿美元，一次机会
　　关于韦伯望远镜的能力，此前网上已经有了连篇累牍的报道，这里就不再赘述。
　　值得注意的是，如果韦伯望远镜发射失败，或者效果未达预期的话会怎么样？如果一切顺利，又有谁可以使用韦伯望远镜？
　　首先可以肯定的是，无论是在发射途中还是在到达目的地后出现问题，韦伯望远镜只能＂自救＂。
　　150万公里的距离（相当于从地球去四次月球）注定不会有像哈勃望远镜一样，可以安排人力去修复。百亿美金的韦伯望远镜只能依靠自己的备选部件，除此之外别无他法。如果失败，不仅仅是NASA的元气大伤，人类探索宇宙的这一步又要被推迟到不知何年何月。毕竟，这一项目凝结着来自15个国家的数千名科学家、工程师和技术人员、258家公司、政府机构和学术机构的心血。
　　而如果正常运转，韦伯望远镜第一年的使用权已经被完全分配：将为来自全球的41个国家的申请者分配大约6000个小时的＂黄金时段＂和1231小时的＂并行时段＂。
　　图 | 韦伯望远镜志在捕捉宇宙的＂第一束光＂
　　圣经·创世纪章的开端之处曾言＂And God said, Let there be light: and there was light＂。现在，是时候让人类看到更多的光了。路途遥远，祝詹姆斯·韦伯太空望远镜，好运！