历时25年耗资近百亿，刚发射的韦伯太空望远镜到底有多厉害？

　　来源：交汇点新闻客户端
　　交汇点讯 北京时间2022年1月2日20时，距离詹姆斯韦伯空间望远镜（简称韦伯望远镜）起飞已经过去整整7天。望远镜距离地球约 80.86 万公里，已经按照计划完成了遮光罩的展开动作。
　　作为人类探索宇宙的＂新武器＂＂哈勃太空望远镜继任者＂，韦伯望远镜于北京时间2021年12月25日20时20分以＂折叠收纳＂方式升空，将飞至离地球150万公里远的拉格朗日L2点进行观测，等到遮阳板和镜片完全展开并且调试完毕后，韦伯望远镜将为人类进一步揭开广袤宇宙的神秘面纱。
　　遮光罩展开后的效果图（来源：NASA）
　　对于很多天文爱好者来说，韦伯望远镜是个耳熟能详的名字，因为它于1996年就开始研发，前后多次推迟发射，前后耗时25年，造价高达100亿美元，成为人类历史上造价最高，耗时最长的太空望远镜。我们都知道哈勃太空望远镜已顺利服役30多年，为何韦伯望远镜如何＂费劲＂？为何多次推迟发射？它去的L2点是什么点？交汇点记者（Q）邀请到南京天文爱好者协会科普专员何骏（A）解析。
　　Q：韦伯望远镜与我国的郭守望望远镜观测内容有什么不同？
　　A：韦伯望远镜观测的是红外波段，主要观测目的是寻找135亿年前宇宙大爆炸后诞生的第一批星系。研究各星系演化的各阶段。而我国的郭守敬望远镜(LAMOST)设计用途是大视场（5 ）多目标（同时4000）光谱巡天。这是2种不同用途的望远镜，设计用途和使用用途都不一样。
　　Q：为什么韦伯望远镜的发射计划一拖再拖，这中间出了哪些＂岔子＂？
　　A：韦伯望远镜项目启动于1996年，最初命名为＂下一代望远镜＂，2002年为了纪念在阿波罗登月计划中做出突出贡献的NASA第二任局长詹姆斯韦伯改为现名。按照一开始的计划，韦伯望远镜项目的预算为5亿美元，应该于2007年发射。后来因为预算追加的原因不断推迟，到了2008年本应发射的节点上预算已经追加到了51亿美元。到了2017年，为了做更多更精细的测试，预算飙升到了88亿美元。2019年因为新冠疫情，发射又一次延迟，预算这时已经追加到了97亿美元。直到2021年12月22日，预定的24日发射又因为天气原因推迟到了25日。
　　Q：望远镜的表面光滑如镜面，采用了镀金工艺，为什么要这样做？
　　A：说望远镜的反射面＂光滑如镜＂还不足以说明镜片的光滑度。韦伯望远镜的主镜直径为6.5米，是由18片直径为1.32米的六边形子镜片组合而成，每片子镜片的表面粗糙度都要求在20nm之内。作为对比，哈勃太空望远镜是单一镜片的结构，口径则只有2.4米。为了增强红外线的反射率，在反射面上镀了大约100nm厚的黄金镀膜。又因为黄金非常柔软，在镀膜上又沉积了薄薄的一层二氧化硅保护层。
　　Q：L2点是什么，为什么要去这个150万公里远的点？中间的信号怎么传输？
　　A：L2点的全称是＂日地拉格朗日L2点＂，拉格朗日点其实是三体问题的特解。通俗说来：我们都知道，三体问题没有解析解。但如果在一个三体系统中的第三体的质量远远小于其他二体，那么可以近似简化为二体问题，而二体问题是有解的。5个拉格朗日点就是方程组的特解。在这5个位置，第三体处于其他二体的引力平衡位置，这个系统是稳定的。回归到韦布望远镜的例子中，望远镜的质量只有6.2吨，在地球质量和太阳质量面前几乎可以忽略不计。L2点处于太阳—地球的连线延长线上，这里终年不见阳光，有利于望远镜保持低温，因为探测器的工作温度在50K(-223 )左右。顺带一提，我国的嫦娥二号月球探测器，在执行完月球探测任务后，也前往过日地拉格朗日L2点进行科学探测，并持续在附近运行了5天。信号传输可以直接向地球传送，这是没有问题的，美国有深空通信网，在世界多个地区安装有大型通信天线。
　　Q、韦伯空间望远镜的主要的任务是调查大爆炸理论的残余红外线证据，红外线波段可以让观测分辨率更高吗？
　　A：红外线探测并没有让分辨率提高。韦伯望远镜设计用途是探测宇宙大爆炸的余辉和初期诞生的星系，这些星系距离我们非常遥远，有明显的＂红移＂现象。他们发出的光已经从可见光波段红移到了红外光波段，所以韦伯望远镜主要观测的就是红外波段，也有少部分偏橙色和红色的可见光波段。
　　Q、韦伯空间望远镜对人类观测宇宙的意义是什么？
　　A：人类突破了工程学上的难题，制作出更大，更轻，更复杂的太空望远镜。加强了国际间的科学合作，韦伯望远镜是美国宇航局，欧洲航天局和加拿大航天局的联合项目。是伟大的哈勃太空望远镜的继任者，哈勃的成功毋庸置疑，它不单单是天文学的成功，也是社会学的成功，使普通的百姓也能获得最前沿的科学知识。哈勃和韦伯共同承载了人类对宇宙的探知和渴望，代表了人类最远的好奇心。
　　Q：韦伯望远镜部署成功还有一段时间，这中间万一失败，如何看待？
　　A：科学永远不可能是一帆风顺的，科学探索都有失败的可能。假若韦伯在后续的任务中失败了，也是正常现象。完全不必要悲观。首先建造完成韦伯望远镜，在工程学上就已经是成功。其次通过分析失败原因，可以总结经验教训，提升下次的任务成功率；还有失败本身也是有价值的，可以知道＂此路不通＂；最后失败总归只是成功的阶梯，人类只要保持积极向上的心态，保持好奇心，总归奔向成功。
　　新华日报·交汇点记者 张宣
　　图 NASA官网
　　编辑: 王甜
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