韦伯望远镜可看到婴儿时的宇宙

　　詹姆斯·韦伯太空望远镜概念图(来源：视觉中国)
　　韦伯望远镜在发射前被折叠起来。（来源：NASA官网）
　　人类探索宇宙终于有了＂新武器＂。美国东部时间2021年12月25日7时20分（北京时间20时20分），被誉为＂哈勃太空望远镜继任者＂、承载着人类探索宇宙新希望的詹姆斯·韦伯太空望远镜（下文简称＂韦伯望远镜＂）在位于法属圭亚那库鲁的欧洲航天港顺利发射升空，它将在遥远浩瀚的宇宙中搜寻宇宙形成之初出现的星系踪迹，并探索围绕其他恒星运行的系外行星。
　　作为人类历史上建造的最为先进、复杂的太空望远镜，韦伯望远镜是以＂折叠收纳＂的方式升空的，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。
　　文/广州日报全媒体记者 蔡凌跃 编译
　　在全人类辞旧迎新之际，韦伯望远镜也正在遥远的太空中紧锣密鼓地履行着它的使命，它像含苞待放的花朵一样，正在太空中缓慢＂绽放＂。截至发稿前，韦伯望远镜刚完成了一个重要的里程碑：其遮阳板的＂左膀右臂＂，即左右两侧的中臂已经成功延伸完毕并锁定位置，遮阳板目前已经初具规模，两条中臂就位之后，遮阳板的部署工作也将进入最后阶段。
　　这台望远镜
　　创下多个＂最＂
　　韦伯望远镜自1996年开始研发，由美国航空航天局（NASA）、欧洲航天局(ESA)以及加拿大航空航天局（CSA）联合研发，数千名科学家、工程师参与其中，后由于技术缺陷和资金不足等问题多次推迟发射，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。
　　韦伯望远镜重量为6.2吨，比哈勃望远镜（11吨）少了将近一半；其主反射镜直径为6.5米，由18片六边形的子镜构成，遮阳板展开后，整个天文观测站的面积相当于一个网球场，因此韦伯望远镜也成了史上面积最大的太空望远镜。
　　韦伯望远镜是＂追＂得最远的太空望远镜。飞抵拉格朗日L2观测点，它将追溯到135亿年前的宇宙历史，直达第一批发光星体开始进化时，很可能会改变人类对宇宙的理解；它还将观察太阳系内的卫星、行星、彗星以及其他天体，分析遥远星球上存在的分子和元素，有望解开地球生命起源的谜题。
　　韦伯望远镜也是有史以来＂看＂得最清晰的太空望远镜，作为哈勃望远镜的继任者，在对红外线的观测能力上进行了针对性的提升。从哈勃望远镜的经验反馈，要记录来自遥远的星系、星云、恒星和行星的微弱光线，新的探测器需要具有非凡的灵敏度。而韦伯望远镜这次所携带的四台最先进的科学仪器，包括近红外照相机（NIRCam）、近红外光谱仪(NIRSpec)、精细制导系统/近红外成像仪和无缝光谱仪（FGS/NIRISS）以及中红外仪器（MIRI），其中近红外光谱仪具有可编程微快门，可同时观察多达100个物体。这些仪器均配置了具备前所未有分辨率的高灵敏度红外探测器，大面积的红外探测器阵列可以让它＂看到＂可见光范围之外的光，并向人们展示近红外和中红外波长的空间隐藏区域。可以说，韦伯望远镜将比以往任何时候都更清晰地研究来自天体的红外线。
　　超越＂前辈＂：
　　可看到＂婴儿星系＂
　　韦伯望远镜被称作哈勃望远镜的继任者，这是因为韦伯望远镜的科研动机正是基于哈勃望远镜已取得的科研成果。
　　实际上，两者的能力和使命并不同。哈勃望远镜尽管也有一定的红外线观测能力，但它侧重于从光学和紫外线方面观测宇宙；韦伯主要致力于通过红外线观测宇宙。
　　哈勃望远镜可以观测到0.8微米至2.5微米的红外光谱的一小部分，但其主要能力是0.1微米至0.8微米的紫外线和可见部分；而韦伯望远镜将主要在红外线中观测，它将有四台科学仪器来捕捉天体的图像和光谱，这些仪器的波长覆盖范围从0.6微米到28微米。
　　为什么红外线观测对天文学很重要？因为那些刚刚形成的恒星和行星通常隐藏在能吸收可见光的尘埃茧后面。然而，这些区域发射出的红外线依然可以穿透这些星尘，揭示出里面到底有什么。
　　另外，由于哈勃是在近地轨道上运行，所能观测到的时间广度远不如即将去往拉格朗日L2点的韦伯望远镜。由于光的传播需要时间，观测到的物体越远，所看到的时光也就越远。
　　可以这么说，如果哈勃望远镜看到的是＂幼儿星系＂，那韦伯望远镜所能看到的就是＂婴儿星系＂，因此相对于自己的＂前辈＂哈勃，韦伯望远镜才是观测宇宙形成之初那些＂婴儿＂的最佳选择。
　　提到拉格朗日L2点，自然也绕不开曾在该点观测过宇宙的另一位＂前辈＂：由欧洲航天局建造的赫歇尔红外望远镜（Herschel）。
　　韦伯望远镜与赫歇尔望远镜的主要区别在于波长范围：前者从0.6微米到28.5微米；后者从60微米到500微米；镜片方面，韦伯望远镜也更大，主镜直径大约6.5米，而赫歇尔只有3.5米。
　　而两者波长范围的设置主要是针对不同的科研目的，赫歇尔望远镜是为了寻找＂极端＂——发现那些恒星形成最活跃的星系；而韦伯望远镜则是为了寻找在宇宙诞生初期形成的第一批星系，因此它需要在捕捉近红外线波长时具有极高的灵敏度。
　　多项＂黑科技＂
　　应对深空挑战
　　韦伯望远镜的使命从一开始就很艰巨，这决定了它必须经受比＂前辈＂们更多更大的挑战。要想按照预期＂展开＂宇宙的浩瀚历史，首先要确保在太空中顺利展开这台望远镜，这当中有300 多个单点故障项目要规避，并且要完成50 个主要部署，才能让这次超高投入的任务不＂打水漂＂。
　　在拉格朗日L2观测点，尽管处于地球的阴影面，但韦伯望远镜需要防止来自太阳的可见光影响。同时，红外光的观测需要让观测仪器始终保持在极低的温度下，这对于遮阳板的材料要求非常的高。工程师们最终选用了聚酰亚胺（kapton），这种材料不仅轻巧、强劲，而且在极大的温差下能保持稳定不变形。韦伯望远镜的遮阳板一共设计了五层，并且为了有效隔热，每层遮阳板都以一定的角度倾斜，确保每层的光辐射都不对主镜片造成影响。
　　由于整个天文观测台面积巨大，科研人员以类似降落伞的原理，将遮阳板部分设计成可以一个固定方式进行折叠收纳。发射时，遮阳板像降落伞一样＂收＂起来，望远镜和遮阳板的支撑结构相互用机械连接，并与航天器总线相连，以便安装在阿丽亚娜5型火箭（Ariane 5）的整流罩内并承受动态发射环境。发射后要在太空中将遮阳板重新展开大概需要三天。
　　遮阳板的部署和拉紧固定工作预计将在升空后8天左右完成，在那之后，主反射镜后面的一个特殊制冷器将被部署用以帮助冷却科学仪器。主反射镜等设备需要在零下233摄氏度（40开尔文）下才能顺利探测红外线，出于长期节能和稳定的考虑，工程师设计出了一款对称双缸，拥有水平对立泵，并使用氦做冷却剂的脉管制冷器，从而达到良好的制冷效果。
　　韦伯望远镜最显眼的部位莫过于主反射镜面。这是一个由18块六边形镜面拼接而成的结构，由金属铍制成，并在表面涂上了一层黄金。铍镜面不仅比其他材料轻质，而且硬度比钢还要强，能适应极端环境不变形；涂上黄金则是为了弥补铍的反射度差，并且在有红外线的区域黄金的反射效果好。18面镜片每一面都可以独立调整角度，能将搜集到的光线都反射到副镜上，大大增加了反射效果。
　　飞行进度：遮阳板展开进行时
　　在去年12月25日当天成功发射并完成两次中途修正之后，韦伯团队分析了其初始轨迹，并确定这个天文观测站应该有足够的推进剂来维持超过10年的科学寿命。
　　按照飞行计划，韦伯望远镜将在升空后29天左右抵达拉格朗日L2观测点。而在升空后的第三天开始，韦伯望远镜就在地面工程师的操控下开始一路不间断地进行错综复杂工作部署，从发射时的收纳状态逐步还原，如同花朵一样在太空中缓慢＂绽放＂。
　　截至目前，韦伯望远镜完成了尾部动量襟翼的展开，这将有助于平衡遮阳板，保持整个天文观测站未来的稳定运行；在地面工程师团队用电启动释放装置释放遮阳板的保护层后，韦伯望远镜的遮阳膜也首次暴露在太空中；而在左右两侧的中臂伸展完毕并锁定后，遮阳板的部署将进入＂收官阶段＂—— 在接下来几天里，地面团队将遥控遮阳层分开，然后单独拉紧五个遮阳层中的每一层，将它们拉伸成最终的绷紧形状。这将在每层薄膜之间创造空间，让热量散发出去，使遮阳板的每一层都比下面一层更冷。
　　据NASA方面介绍，韦伯望远镜副镜的支撑机构部署也将于发射后10天左右完成，最快要到今年1月4日；随着韦伯望远镜第二个主镜翼的展开，整个天文观测台的部署也将于发射后的13天左右完成，即最快也要到1月7日；而从发射那天开始，韦伯望远镜就进入了一个为期六个月的调试阶段，等到调试完毕后，它将传回第一批图像。届时，人类将借助这个＂黄金眼＂对我们所处的地球和宇宙有一个崭新的认知。