北京時(shí)間1月6日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，NASA的詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡目前定于2021年3月發(fā)射。而在此之前，該項(xiàng)目經(jīng)歷了年復(fù)一年的推遲和數(shù)十億美元的資金投入。盡管浪費(fèi)了大量時(shí)間和資金，但這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡將成為紅外波段毋庸置疑的“王者”，讓我們得以首次觸及宇宙中曾經(jīng)遙不可及的偏遠(yuǎn)角落。
從宇宙誕生后形成的第一批星系、到外星生命存在的可能性，要想進(jìn)一步了解宇宙萬(wàn)物，斥資約97億美元的詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡將是我們唯一的希望。
不畏嚴(yán)寒
盡管詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（簡(jiǎn)稱(chēng)JWST）被奉為NASA傳奇性的哈勃望遠(yuǎn)鏡的“繼任者”，但事實(shí)并非如此。哈勃主要是一臺(tái)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，能夠捕獲的光線波長(zhǎng)范圍與人眼差不多，僅向紅外線和紫外線波段稍微擴(kuò)展了一些。論其本質(zhì)，哈勃望遠(yuǎn)鏡就像一顆巨大的、在太空軌道上運(yùn)行的眼球，不斷傳回令人震驚的圖片。而假如你的光覺(jué)神經(jīng)和它一樣強(qiáng)大，你自己就可以看見(jiàn)這些驚人的景象。
但詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡則不然。它將完全在紅外波段內(nèi)進(jìn)行觀測(cè)，幾乎不會(huì)觸及人眼能看到的最“紅”的波段。換句話說(shuō)，它將研究一個(gè)對(duì)人類(lèi)而言近乎隱形的宇宙。
詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡之所以這樣設(shè)計(jì)，主要原因之一是，從地表開(kāi)展紅外波段觀測(cè)的難度很大。天文學(xué)家要想開(kāi)展精確觀察和測(cè)量，必須確保夜空絕對(duì)晴朗，但地面上的光污染嚴(yán)重限制了觀測(cè)條件。
而紅外光污染更是無(wú)處不在，因?yàn)槿魏斡袦囟鹊奈矬w都會(huì)發(fā)出紅外光。人體可以產(chǎn)生100瓦特的紅外輻射。地球本身熱量也很高，在紅外波段顯得明亮奪目。就連望遠(yuǎn)鏡自身在室溫下也會(huì)發(fā)出紅外光輻射。
總之，我們從地面上并不是完全不能開(kāi)展紅外天文學(xué)觀測(cè)，只是難度極大。因此，我們選擇將詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡放置在太空中。
離家遠(yuǎn)行
為避開(kāi)地球的紅外光影響，詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡將在距地球150萬(wàn)公里處運(yùn)行。盡管遠(yuǎn)離了地球，但太陽(yáng)也是個(gè)問(wèn)題。你一定感受過(guò)夏季室外灼人的陽(yáng)光吧，那就是紅外輻射。即使距地球數(shù)百萬(wàn)公里之遙，太陽(yáng)的熱量仍然不容小覷。
為此，紅外太空望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)師們可以采取幾種應(yīng)對(duì)方案。最常見(jiàn)的一種便是采用主動(dòng)冷卻系統(tǒng)，使望遠(yuǎn)鏡的溫度下降到適宜觀測(cè)紅外波段的水平。這是種好方法，此前也在其它紅外太空望遠(yuǎn)鏡中得到了采用。但這也限制了望遠(yuǎn)鏡的工作壽命，因?yàn)橐坏├鋮s劑耗盡，天文觀測(cè)就無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。
因此，詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡將獨(dú)辟蹊徑，配備一把昂貴的巨型“太空傘”。這把“傘”長(zhǎng)22米，寬11米，由五層反射率極高的材料制成，每層厚度還不及人類(lèi)頭發(fā)的直徑。這把巨大的“遮陽(yáng)傘”將使望遠(yuǎn)鏡始終處于陰影之下，溫度不超過(guò)零下223攝氏度，正適合在目標(biāo)紅外波段內(nèi)開(kāi)展觀測(cè)。
不過(guò)，望遠(yuǎn)鏡上搭載的一臺(tái)儀器將用主動(dòng)冷卻系統(tǒng)降溫至零下258攝氏度，可以接收到波長(zhǎng)更長(zhǎng)的紅外光。
科學(xué)的力量
總而言之，詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡的體積十分龐大，用一枚火箭都裝不下。除了那把巨大的遮陽(yáng)傘外，它的主鏡直徑達(dá)6.5米，遠(yuǎn)超目前投入使用的任何火箭直徑。既然不能把鏡面“粘”在火箭一側(cè)，聰明的NASA工程師們決定將鏡面分成18片較小的六邊形，這樣就可以和折疊起來(lái)的“遮陽(yáng)傘”、以及望遠(yuǎn)鏡的其余部分一起塞進(jìn)火箭里面了。
假如一切順利，詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空幾天后，就會(huì)朝觀測(cè)點(diǎn)飛去，將鏡面和遮陽(yáng)傘展開(kāi)到位，然后開(kāi)始執(zhí)行觀測(cè)任務(wù)。
而它的觀測(cè)結(jié)果將極為驚人。該望遠(yuǎn)鏡的主要觀測(cè)目標(biāo)之一將是早期宇宙，即宇宙剛剛誕生幾億年的時(shí)候。第一批出現(xiàn)的恒星和行星一度在可見(jiàn)光波段上發(fā)出耀眼的光芒。但在過(guò)去130億年間，宇宙逐漸擴(kuò)張，導(dǎo)致這些光線的波長(zhǎng)越拉越長(zhǎng)，最后離開(kāi)了可見(jiàn)光、落入了紅外光波段，正好屬于詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡的理想觀測(cè)范圍。
既然第一批形成的恒星和星系不曾留下過(guò)任何圖片，這將是我們首次觀察到宇宙歷史上這段重要時(shí)期的景象。
詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡將對(duì)宇宙中一切“冰冷”的物體展開(kāi)研究，包括圍繞初生恒星的原行星盤(pán)、分子云、彗星、柯伊伯帶等等。
該望遠(yuǎn)鏡還將用一種特殊裝置阻擋來(lái)自部分遙遠(yuǎn)恒星的光線，從而抓拍到任何從這些恒星前方經(jīng)過(guò)的天體，如系外行星等。這些行星在紅外波段內(nèi)顯得十分明亮，通過(guò)它們發(fā)出的光線，我們可以對(duì)行星大氣中的化學(xué)物質(zhì)和元素展開(kāi)分析，說(shuō)不定能從中發(fā)現(xiàn)生命的跡象。
總之，從搜尋外星生命、到揭開(kāi)宇宙黎明時(shí)期的真相，詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡一定不會(huì)辜負(fù)我們多年的等待。
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