【圖集】聚焦詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡：耗資100億美元，可觀察宇宙的嬰兒期

“如果你把這么強大的東西送入太空，誰知道我們能找到什么？”

編輯 | 蔡星卓

當(dāng)?shù)貢r間7月12日，美國國家航空航天局（NASA）正式公布了詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的一批全彩色照片，一時引起了公眾的廣泛關(guān)注。

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope，簡稱JWST），其名稱來自NASA的第二任局長詹姆斯·E·韋伯（James E. Webb）。韋伯天文臺（Webb observatory）被形容為美國國家航空航天局（NASA）、歐洲航天局（ESA）和加拿大航天局（Canadian Space Agency）有史以來最雄心勃勃的太空天文臺。

韋伯望遠(yuǎn)鏡的前身是“下一代空間望遠(yuǎn)鏡”（NGST）。2002年9月，它以美國宇航局前局長詹姆斯·E·韋伯的名字重新命名。這臺太空望遠(yuǎn)鏡精致的蜂窩狀鈹鏡面直徑超過20英尺，旨在觀察130億光年以外的天體。在距離地球超過100萬英里的地方，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡被設(shè)計“用來回顧宇宙的起源”。

值得一提的是，韋伯空間望遠(yuǎn)鏡開發(fā)了幾種創(chuàng)新技術(shù)。其中包括由18個獨立的部分組成的主鏡，鏡子是由超輕鈹制成的，它在發(fā)射后展開并調(diào)整形狀。韋伯最大的特色是一個網(wǎng)球場大小的五層遮陽板，它能將來自太陽的熱量衰減100萬倍以上。望遠(yuǎn)鏡的四種儀器——照相機和光譜儀——都有能夠記錄極微弱信號的探測器。同時，它還包含一種有可編程的微快門的儀器（NIRSpec），可以同時觀測多達(dá)100個物體。韋伯還有一個低溫冷卻器，用于將另一種儀器（MIRI）的中紅外探測器冷卻到非常低的程度，以便它們能夠工作。

據(jù)NASA介紹，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將專注于四個主要領(lǐng)域：宇宙中的第一束光、早期宇宙中星系的聚集、恒星和原行星系的誕生，以及行星（包括生命的起源）。《科學(xué)》（Science）在2016年的報道中提到，韋伯望遠(yuǎn)鏡是NASA有史以來嘗試過的最大、最復(fù)雜、最昂貴的科學(xué)任務(wù)，天文學(xué)家和公眾的期望都很高。韋伯望遠(yuǎn)鏡的靈敏度將是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的100倍。它將能夠觀察宇宙的嬰兒期，第一個星系形成的時候；它可以研究恒星的誕生及其行星系，并分析系外行星的大氣層，甚至可能探測到生命的跡象。然而，就像哈勃望遠(yuǎn)鏡一樣，韋伯望遠(yuǎn)鏡的建造也受到了重新設(shè)計、進度延誤和成本超支的困擾，這些問題使其與承包商、加拿大和歐洲的合作伙伴，以及最關(guān)鍵的美國國會的支持者關(guān)系緊張。

或許就像華盛頓特區(qū)大學(xué)天文學(xué)研究協(xié)會主任，前JWST望遠(yuǎn)鏡科學(xué)家Matt Mountain描述的那樣：“如果你把這么強大的東西送入太空，誰知道我們能找到什么？這將是革命性的，因為它是如此強大?！?/p>

1961年11月3日，在華盛頓特區(qū)新開放的NASA總部，在前NASA局長詹姆斯·韋伯（右）的陪同下，美國前總統(tǒng)杜魯門（左）正在參觀。
當(dāng)?shù)貢r間2005年9月1日，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的全尺寸模型在戈達(dá)德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center）的草坪上組裝，團隊與它的合影很好地展示了它的規(guī)模。（圖片來源：NASA/Goddard Space Flight Center/Pat Izzo）
2010年7月13日，在低溫測試中，鏡子將被置于24開爾文的溫度下，工程師可以非常詳細(xì)地測量每一面鏡子在冷卻過程中形狀的變化。（圖片來源：NASA/MSFC/David Higginbotham/Emmett Given）
2013年7月27日，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的主要成像儀——近紅外相機的光學(xué)模塊抵達(dá)馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達(dá)德太空飛行中心。（圖片來源：NASA/Goddard）
2014年7月10日，美國加州，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡遮陽罩的測試裝置被堆疊和拓展。遮陽板是該天文臺最大的部分——五層薄膜必須在空間中可靠地展開，以達(dá)到精確的公差。（圖片來源：NASA/Chris Gunn）
2014年7月14日，美國華盛頓，美國宇航局舉行發(fā)布會，討論“在星際中尋找適宜居住星球的科技路線圖”計劃。據(jù)悉，NASA此項宏偉計劃，將通過詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡實現(xiàn)，后者將于2018年部署。
2015年1月，工程師們在一個干凈的房間里，用二氧化碳雪清潔詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的鍍金測試鏡。（圖片來源：NASA/Goddard/Chris Gunn）
2016年4月25日，美國宇航局戈達(dá)德的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡主鏡被揭開，準(zhǔn)備安裝儀器。（圖片來源：NASA/Chris Gunn）
2016年5月2日，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的主鏡。（圖片來源：NASA/Chris Gunn）
2016年5月，這個硬件被稱為“核心-2”，是“天文臺核心”（observatory core）的測試模型?！疤煳呐_核心”是詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡與宇宙飛船相遇的部分。通過觀測站的大部分熱流發(fā)生在這個核心區(qū)域，所以這個區(qū)域必須進行廣泛的熱測試。（圖片來源：NASA/Goddard/Desiree Stover）
2016年11月2日，美國馬里蘭州美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心，NASA行政管理官員查爾斯·伯爾登和科學(xué)家John Mather回答記者提問。
2017年4月13日，美國馬里蘭州，格林貝爾特的戈達(dá)太空飛行中心，技術(shù)人員使用起重機舉起詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的鏡子。
2022年1月8日，美國馬里蘭州巴爾的摩，NASA團隊?wèi)c祝這一時刻。美國宇航局（NASA）展開了詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡巨型主鏡的第二個“機翼”，使集光結(jié)構(gòu)達(dá)到了最大尺寸，這標(biāo)志著整部望遠(yuǎn)鏡的部署全面完成。
詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的“自拍”。2022年3月16日，NASA宣布，詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡3月11日完成鏡面校準(zhǔn)，NASA韋伯望遠(yuǎn)鏡團隊預(yù)計，韋伯望遠(yuǎn)鏡光學(xué)性能將達(dá)到或超過設(shè)立的科學(xué)目標(biāo)。韋伯的光路沒有嚴(yán)重問題，也沒有可測量的污染或堵塞。該天文臺能夠成功收集來自遙遠(yuǎn)天體的光線，并將其傳輸?shù)絻x器上。
2020年3月5日，美國加州雷東多海灘，NASA提供的照片顯示了詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡在諾斯羅普·格魯曼設(shè)施測試期間的主鏡組裝。為了進行開創(chuàng)性的科學(xué)探索，韋伯的主鏡必須足夠大，以至于其不能以完全擴展的形式容納在任何火箭中。像折紙藝術(shù)一樣，韋伯是采用應(yīng)用材料科學(xué)的活動部件集合，這些活動部件經(jīng)過專門設(shè)計，可以將自己折疊成緊湊的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)比望遠(yuǎn)鏡完全部署時小得多。這樣一來，能讓其裝在16英尺（5米）有效載荷的整流罩內(nèi)，幾乎占滿整個空間沒有留余地。位于馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達(dá)德太空飛行中心的韋伯望遠(yuǎn)鏡元件經(jīng)理Lee Feinberg說：“在完全組裝好的望遠(yuǎn)鏡上部署兩個翼是另一個重要的里程碑，表明韋伯在太空中的正確部署。對于整個團隊來說，這是一個巨大的成就，并且是鼓舞人心的?！?/figcaption>
2021年12月11日，法屬圭亞那庫魯，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在圭亞那航天中心接受測試。
2021年12月25日，法屬圭亞那，攜帶詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的阿麗亞娜5號火箭于圣誕節(jié)當(dāng)日發(fā)射升空。
2021年12月25日，法屬圭亞那，攜帶詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的阿麗亞娜5號火箭于圣誕節(jié)當(dāng)日發(fā)射升空。

 

 *資料來源：NASA官方網(wǎng)站，美國波士頓公共廣播電臺（WBUR），《科學(xué)》（Science）；除特殊標(biāo)注外，文中圖片均來自視覺中國

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