造价是同重黄金的27倍,能观察50万km外的蜜蜂,韦伯望远镜有多强
"超级鸽王"詹姆斯·韦伯太空望远镜已经于12月25日晚发射升空,前往150万千米外的"日-地拉格朗日2点",26日已打开太阳能帆板,万向节天线组件也已正常展开,包括高速数据传输天线,正常工作后,该天线将把无数宇宙天体更详细的信息一一告诉我们。
詹姆斯·韦伯光学太空望远镜已经创造了很多世界之最,它的观测能力是著名的哈勃望远镜的一百多倍,包括在未来相当长的一段时间中,它都将会是世界上功能最为强大的光学太空望远镜,从观测能力上讲,它将看得最远,也看得最清。
这架望远镜可是价值不菲,今年初美国宇航局曾公布韦伯望远镜的造价已达96.6亿美元,再加上后续的运输、组装和阿丽亚娜5型火箭的发射等费用,百亿美元的花费只多不少,这架望远镜的重量大约为6.5吨,同样重量的黄金的价值大约为3.7亿美元,所以这台望远镜的价值是同等重量黄金的27倍。
开始的时候,詹姆斯·韦伯望远镜的投资预算并没有这么高,该项目立项只确定准备投资2亿多美元,但是随着参数和方案的不断改进,以及其他方面一些扯皮的事,导致这架望远镜的造价也水涨船高,最终耗资是早期预案的数十倍。
不但是耗资最多,它也是耗时最长的一台太空望远镜,从立项到发射已经经历了大约25年,最早期时本来定于本世纪初发射,结果发射时间一再推迟,因此被称为"超级鸽王"或"百亿鸽王",在推迟了无数次之后,终于在今年的12月25日发射升空,也算它最终修成了正果。
花费二十余年时间,耗资上百亿美元打造的这么一台望远镜,它有着什么出色的技术?又该有着怎样惊艳的表现呢?
詹姆斯·韦伯的镜片口径达6.5米,集光面积达25.4平方米,由18面一模一样的六边形镜片组成,这些镜片非常平整,远超我们常见的镜子,有人形容称如果把每一面镜片扩大到一千万平方公里,或者说大到如同整个欧洲的面积,其表面的起伏也不超10厘米。
由于詹姆斯·韦伯望远镜是在太空中工作的,其工作环境的温度接近绝对零度,在地面环境温度下制成的镜片,在绝对零度之下很可能会变形,因此这就对镜面材料的要求极高,需要温度形变小、抗弯刚度高、热稳定性好、热导率高、反射率高、密度低、性质不活泼等特性,且镜面的起伏度要控制在10纳米以内,相当于一根头发直径或者一张A4纸厚度的1/10000,氢原子的直径为0.1纳米,那也就是说镜面的起伏度不能超过100个氢原子叠加的高度,制造者们选择了金属铍来制作,镜面上面镀了一层黄金,表面的光滑度超乎想象,而且在发射之前,镜面上不许沾上任何尘埃,进入太空后,镜片的整体拼接和姿态控制的精度也要达到同等水平,要完成这样的技术操作,挑战性还是相当大的。
詹姆斯·韦伯太空望远镜在太空中工作时需要屏蔽太阳光,因此它还有一把巨型太阳伞,这把太阳伞有5层,每一层的面积都在300平方米左右,相当于4个羽毛球场的面积,接近篮球场面积的3/4,而厚度只有50~25微米,比一张A4纸还薄,其靠向太阳的一层在阳光照射下温度可达200多摄氏度,背向阳光一侧的温度则逼近绝对零度,可为望远镜创造所需的工作环境。
詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测能力当然也异常强大,对于一般人的认知来说,其可谓强到了匪夷所思的地步,据说它可以观察到50万公里外一只蜜蜂发出的热信号,这个距离要比月亮还要远不少,实际上这个比喻并不算什么,因为这台望远镜的目标是要观察宇宙之初,看清138亿年前宇宙诞生时发生了什么。
这台太空望远镜一共有四套科学仪器,分别是近红外光谱仪(NIRSpec),中红外观测仪(MIRI),近红外相机(NIRISS),近红外成像仪和无缝摄谱仪(NIRISS ),其中近红外光谱仪是这台望远镜上的主力观测设备,它的主要目标是实现对遥远的恒星、星系、类星体等天体的大型光谱调查,而且还能在多目标光谱模式下同时对200个目标天体进行光谱观测,将拍摄有史以来最遥远的近红外图像,捕获宇宙诞生后第一批恒星和星系的光。而近红外成像仪和无缝摄谱仪则将寻找系外行星,宜居星球将因它奉献更详细的信息。
这么说来,花费二十余年时间,耗资上百亿美元打造出这样一台望远镜,也是很值得的!不过还是希望我们将来能够做得更好!
参考资料:
《央视新闻》12月25日文章《詹姆斯·韦伯太空望远镜成功发射》
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