韦布空间望远镜,100亿美元花得值不值?


韦布空间望远镜,100亿美元花得值不值?


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韦布空间望远镜,100亿美元花得值不值?


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2022年7月12日 , 詹姆斯·韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope , 缩写JWST , 以下简称韦布)在经过几个月的镜片对齐、校准 , 以及设备调试后 , 如约在这个夏天传回来了它的第一张照片 。

斯蒂芬五重奏星系的近红外和中红外合成彩图
韦布的首张照片 , 是迄今为止人类看到的最遥远、最清晰的宇宙图像 。 其中一些星系发出的光行进了130亿年 , 才达到望远镜的镜面 。 毕竟宇宙大爆炸距今也才138亿年左右 。
更重要的是 , 它是彩色的 。
一代鸽王韦布发布的首张全彩图像 , 拍摄的这个星系团SMACS 0723 , 距离地球46亿光年 。
天文学家预计 , 韦布将填补我们已知历史中的一个神秘空白宇宙——大爆炸后的第一个4亿年 , 并将确定可能存在外星生命的遥远世界 。
但回顾韦布的历史 , 你会发现它经历了太多波折 。
作为迄今为止规模最大、最复杂、最具挑战性的空间望远镜 , 韦伯原计划于2007年发射 , 由于各种挫折和多次推迟 , 预算从最初的5亿美元扩充至100亿美元 。
韦布作为哈勃的继任者 , 其研发计划始于20世纪90年代初期 。 NASA的空间望远镜技术研发团队提出测量高红移宇宙的下一代空间望远镜(NGST:Next Generation Space Telescope)的概念设计方案 。

韦布与哈勃的大小对比
与哈勃主要观测可见光和紫外波段不同的是 , 韦布的优势在红外波段 , 它可以对波长从0.6微米到28微米的辐射一览无遗 。
但是进入红外波段意味着望远镜必须要有较大的口径 , 这也带来了发射上的麻烦 。 韦布的镜子实在太大 , 现有的任何火箭都没有办法把它送上天 。 因此不得不“化整为零” , 先将镜面收起来待发射入轨之后再将镜面打开 。
而为了在红外波段进行观测 , 韦布还必须远离热源 。 它架设起一个网球场大小的巨幅遮阳罩来保护望远镜免受阳光照射 , 同时还要远离地球的影响 。 于是 , 韦布被发射到距离地球达150万千米的第二拉格朗日点附近 , 在那里它能具有比哈勃更大的可视天区 。
……
就是这样一个又一个的小难题 , 不断出现 , 使得韦布望远镜比原计划迟了14年 , 预算超了20倍 。
2021年12月25日 , “一代鸽王”韦布 , 终于奔向宇宙 。
受伤的韦布韦布在成功发射后 , 花了整整一个月的时间 , 抵达了第二拉格朗日点 。 在此过程中 , 韦布经过数百个步骤把自己的镜子一点点展开 , 直到成为一朵巨大的金色“花朵” , 在“银叶”一般的遮阳罩上完全盛开 。
尽管已经成功传回了第一批彩色照片 , 但所有参与韦布项目的科学家们 , 依然提心吊胆 。
因为韦布是“一锤子买卖” 。

韦布直径 21.3 英尺(6.5 米)的主镜
它距离地球150万千米 。 出了任何问题 , 没有宇航员能拿着工具上去修理 , 科学家和工程师们别无他法 。
工程师估计 , 韦布每月大约能承受一次强度会让镜子受损的撞击 , 但他们认为值得冒险 。
他们计算出 , 撞击坑会随着时间的推移而累积 , 10年后 , 这些凹坑只会覆盖主镜面积的0.1% 。 就算主镜部分受损 , 韦布仍然可以工作 。
到目前为止 , 韦布已被5个小型微流星体击中 。
其中最严重的是2022年5月下旬的微流星体撞击 。 这次撞击在韦布主镜的一个部分造成了一个微小的变形 。 不过 , 由于韦布镜子的位置可以远程精确调整 , 工程师通过调整受影响的部分来抵消一部分图像退化 。
不过为了防止更大的撞击 , NASA流星体环境办公室主任Bill Cooke团队现在正在为韦布团队生成定制的流星雨预报 , 以便让研究人员知道韦布何时将穿过一股巨大的尘埃流 , 并重新调整仪器的方向 , 防止尘埃粒子撞击镜面 。
巡天在路上韦布已经发射升空 , 未来还将继续为全人类带来宇宙的照片 , 探索宇宙的奥秘 。 那么 , 中国的空间望远镜还在多远的将来呢?
事实上 , 按照中国载人航天工程计划 , 巡天空间望远镜预计于2024年前后投入科学运行 , 已规划的任务寿命是10年 , 通过维修可以不断延长寿命 。
和哈勃、韦布相比 , 我国的空间巡天望远镜发射升空后 , 将运行在约400公里高的近地轨道 , 主镜口径为2米 , 重点开展近紫外-可见光-近红外波段的巡天观测 。 运行后 , 它将成为太空中像元规模最大的天文相机 。

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