等了25年，鸽王韦伯太空望远镜计划年底上天

　　计划于2007年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜，＂不出意外＂地又延迟发射了。从1996年开始研发至今，人们一直期待这个被誉为＂体型最大、能力最强、结构最复杂＂的红外线望远镜早日升空，发挥作用。
　　当地时间11月2日，美国国家航空航天局（NASA）举行新闻发布会称，准备时间长达20余年、耗资100亿美元的韦伯太空望远镜将替代哈勃太空望远镜，计划于12月18日进入太空。
　　因＂一个固定带意外脱落引起的震动可能对望远镜造成影响＂，此次发射进程中断，发射日期改为＂不早于12月22日＂。当地时间12月14日，NASA又发布声明，詹姆斯·韦伯太空望远镜团队正在解决望远镜与运载火箭系统之间的通信问题，这导致发射再次推迟2天，将不早于12月24日发射。
　　技术人员使用起重机举起韦伯太空望远镜，将其移动到美国宇航局戈达德太空飞行中心的洁净室。图源：美国国家航空航天局官网
　　1996年开始研发，韦伯太空望远镜至今还未升空
　　1996年，在项目初期，詹姆斯·韦伯太空望远镜计划于2007年发射升空，预算为5亿美元。当时，著名的哈勃太空望远镜已经在太空上待了6年。
　　作为下一代太空望远镜，韦伯太空望远镜吸收了哈勃望远镜和已经退役的斯皮策太空望远镜的优点。据悉，该望远镜配备了一个直径6.5米的反射镜和一个网球场大小的遮阳板，是有史以来最强大、最复杂的太空望远镜。该望远镜将在距地球160万公里的轨道上运行，望远镜离地球的距离是地球离国际空间站距离的4500倍，同时也比地月距离远4倍。
　　＂设计方案的变动或许是延迟发射的最主要原因。＂ 北京大学地球与空间科学学院教授焦维新告诉记者。
　　在2005年，韦伯太空望远镜的设计方案作了较大调整 ，发射时间被迫延后。工作人员在环境测试、遮阳板测试、镜面测试等方面展开了大量研究，随着技术提升以及新问题不断涌现，发射一再延期。据NASA此前消息，他们曾先后计划在2014年、2018年、2019年、2020年等年份中不同的时间节点发射韦伯太空望远镜。
　　技术人员检查镜面。图源：美国国家航空航天局官网
　　而目前来看，工序复杂、研发难度大也是症结所在。
　　据NASA官方介绍，詹姆斯·韦伯太空望远镜将是一个大型红外望远镜，它有一块由18 面小镜片组合而成的镜盘，这些镜片由超轻质的金属元素铍制成，镜片将在望远镜发射后，根据需求进行形状调整。
　　公开材料显示，韦伯太空望远镜的18个反射镜必须在美国的11个地方停靠14 站才能完成制造，并且镜面需要保持低温状态。镜面制作完后，还要进行抛光、镀金等工序，制作完的镜片需保存在洁净室的特殊保护罐中。
　　根据最近两次NASA发布的消息，韦伯太空望远镜原计划于12月18日搭乘法国企业阿丽亚娜航天公司（Arianespace）阿丽亚娜5号火箭从法属圭亚那库鲁发射。此时，技术人员要将韦伯望远镜连接到火箭适配器上，然后安装在火箭的上面级。但在发射准备期间，将望远镜固定在适配器上的夹带＂突然意外松开＂，造成整个装置振动。此后，发射又因望远镜与运载火箭系统之间的通信问题再度推迟。
　　韦伯太空望远镜被放在阿丽亚娜5号的顶部。图源：欧洲航天局官网
　　韦伯太空望远镜是哈勃太空望远镜的＂继承者＂
　　韦伯太空望远镜的主要目标是研究可观测宇宙边缘的遥远星系，由于具备杰出的红外观测功能，该望远镜能够寻找系外行星水蒸气特征，从而提高NASA寻找和研究类地系外行星的能力。
　　＂韦伯经常被称为哈勃的替代者，但我们更愿意称为‘继承者’。＂焦维新说，两者的差别首先体现在波长上。
　　韦伯太空望远镜主要通过红外线进行观测，拥有四个科学仪器来捕捉天文物体的图像和光谱。这些仪器提供波长覆盖范围在0.6-28微米之间，电磁波谱的红外部分范围从大约0.7微米到几百微米，这也意味着韦伯太空望远镜配备的仪器，将主要工作在电磁光谱的红外范围内，在可见光范围内具有一定的能力。而哈勃望远镜配备的仪器只可观察从0.8-2.5微米范围的红外光谱的一小部分，主要监测的是从0.1-0.8微米范围间的超紫外和可见光部分。
　　其次，两者在大小上也有差别。韦伯望远镜的主反射镜直径大约是6.5米，这使它比当前一代太空望远镜，在反射镜上有更大的收集区域。哈勃望远镜的直径只有2.4米，其相应的收集面积是4.5平方米，导致韦伯望远镜的收集面积比哈勃望远镜增加了6.25倍，并且韦伯望远镜的视场比哈勃望远镜的大，覆盖面积超过15倍以上。
　　两个太空望远镜所在的轨道也不一样。据介绍，哈勃太空望远镜是在低地球轨道上，在地球上空大约570公里的高度绕地球运行。韦伯太空望远镜不会绕地球运行，而是位于第二拉格朗日点，如果把太阳和它连成一条直线的话，那么地球就位于中间，它一直躲在距离地球外侧150万公里的地方环绕太阳运行。
　　韦伯太空望远镜能看到多远？焦维新认为，韦伯太空望远镜可以看到＂幼年星系＂。
　　＂韦伯太空望远镜可以看到宇宙刚刚形成11年左右的星系。当宇宙在膨胀，我们谈论最遥远的物体时，爱因斯坦的广义相对论实际上就发挥了作用，他告诉我们宇宙的膨胀意味着物体之间的空间在拉伸，导致物体或者星系彼此远离。此外，在空间中的任何光也会被拉伸，使波长变得更长，这让遥远的物体在可见光波长的光下，显得非常暗淡或者看不见，因为这些光是以红外光的形式出现的。所以像韦伯这样的红外望远镜是观测这些早期星系的理想望远镜。＂焦维新说。
　　延展
　　为何要将望远镜送上天？
　　韦伯太空望远镜准备20余年、耗资100亿美元，为什么一定要往天上发射望远镜？
　　焦维新介绍，最主要的原因就是太空望远镜不受大气窗口的限制。＂地球有丰富的大气层，可以完全阻止伽马射线、X射线和紫外波段的电磁波通过。也就是说，在大气层的笼罩下，短波电磁辐射是无法通过的。红外线也只能在有限的几个波段通过，虽然它能够通过可见光，但是由于散射等因素，也会引起信号的畸变，影响分辨率，这严重影响了地面上望远镜的观测效果，而太空望远镜就可以避免这种影响。＂
　　其次，太空中没有光污染，也给望远镜发挥作用提供了条件。＂例如城市灯光使天空更亮，人们更难看到星星，这也解释了为什么先进的现代天文台都建在远离光污染的偏远地区。以我国为例，国家天文台、南京紫金山天文台、新疆天文台等也都是避开人为光线和大气污染严重的地方驻站，而国外的大型天文台也几乎都建在高山上。＂
　　太空中没有大气层，阳光更明亮，那不会影响太空望远镜的使用吗？焦维新解释，＂因为光线需要反射到被捕获的物体上，光线太强时，我们可以通过指令操作，把望远镜指向另一个方向，所以在太空中，光污染不是问题。假如我们想研究太阳后面的内容，也可以等上一段时间，让望远镜的轨迹发生角度变化，再进行观测。＂
　　第三，太空中没有白天和黑夜，太空望远镜就不受夜间的限制，使望远镜的有效时间增加，有助于天文学家开展更多研究。
　　此外，在太空中没有坏天气。一般来说，地面上的天气变化直接影响到观测效果，但在太空中不会存在雨天、雾天这些天气问题。
　　把望远镜送入太空有诸多好处，但也有一些明显的问题。焦维新表示，首先是成本高，几吨的重物运向外太空，运载火箭费用、发射场地等其他费用都很昂贵。同时，地面上发现的问题能随时去修，但在太空整修的难度很大。
　　新京报记者 张建林
　　编辑 白爽 校对 王心