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科普 | 詹姆斯·韋布空間望遠鏡厲害在哪?

發布日期:2022-01-20??來源:天目??作者:曾楊希 謝履冰??瀏覽次數:126
核心提示:韋布空間望遠鏡發射資料圖(來源:NASA)經過多年推遲后,美國東部時間2021年12月25日7時20分(北京時間2021年12月25日20時20分),備受全世界天文學領域關注的詹姆斯·韋布空間望遠鏡(James Webb Space Telescope,JWST)終于從位于南美洲的法屬圭亞那航天發射基地發射升空。韋布空間望遠鏡研發資料圖(來源:NASA)建造歷時20余年,耗資達100億美元,韋布空間

韋布空間望遠鏡發射資料圖(來源:NASA)

經過多年推遲后,美國東部時間2021年12月25日7時20分(北京時間2021年12月25日20時20分),備受全世界天文學領域關注的詹姆斯·韋布空間望遠鏡(James Webb Space Telescope,JWST)終于從位于南美洲的法屬圭亞那航天發射基地發射升空。

韋布空間望遠鏡研發資料圖(來源:NASA)

建造歷時20余年,耗資達100億美元,韋布空間望遠鏡由NASA、歐空局、加拿大航天中心合作打造。部署成功后,它將成為世界上最大、也是最強的太空天文望遠鏡,有望找到宇宙中最早形成的星系。

何以堪稱“最大”“最強”?記者采訪了天文學家、中國科學院國家天文臺研究員茍利軍。

茍利軍

主鏡直徑長達6.5米

遮陽板大如網球場

千百年來,當人類仰望星空時,總是好奇于茫茫宇宙從何而來。自20世紀60年代以來,人類先后發射了一系列太空望遠鏡尋找答案。

相較于“同儕”,韋布空間望遠鏡是個不折不扣的“大家伙”。

韋布空間望遠鏡結構示意圖(來源:NASA)

“大”在于體形,與常見的望遠鏡不同,它的光學主鏡面由18片六邊形鏡片組成,直徑長達6.5米,完全舒展后,主鏡猶如一朵盛放的金色向日葵,是有史以來送入太空最大的天文空間望遠鏡。

“大”有何所用?“望遠鏡面積越大,它收集光線的能力就越強,可以看得更遠。與此同時,望遠鏡直徑越大,它的分辨率越高,能看得更清晰?!逼埨娊忉?,相較于目前最大的空間望遠鏡——哈勃望遠鏡,韋布空間望遠鏡的分辨率提升了近3倍。

由于體形巨大,韋布空間望遠鏡不得不以折疊狀態發射升空。同時,在精密性方面,18塊六角反射鏡背面,還安裝了7個馬達,能在10納米精度范圍內調整鏡片形狀和方向。

韋布空間望遠鏡的遮陽板資料圖(來源:NASA)

韋布空間望遠鏡的主鏡下方,有一個5層的可展開遮陽板。它的面積約為300平方米,足有一個網球場那么大。每一層遮陽板都由獨特的復合材料制成,有特定的厚度和尺寸,能有效隔絕太陽、地球和航天器總線電子設備的熱量。

“這可以讓韋布空間望遠鏡保持極低溫度,避免它們產生太大的背景噪聲,影響天文觀測?!逼埨娬f。

由于體形較大,韋布空間望遠鏡只能折疊起來發射。(來源:NASA)

“看見”遙遠星光

尋找宇宙起源的答案

觀測遙遠恒星發出的光線,有望揭秘宇宙結構和起源的奧秘。

作為哈勃望遠鏡的“繼任者”,設計之初,韋布空間望遠鏡就致力于捕捉135億年前,宇宙大爆炸后形成的第一批星系發出的光亮。

浩瀚宇宙資料圖(來源:NASA)

茍利軍介紹,由于宇宙不斷膨脹,這批星系正在遠離地球,而多普勒效應也開始發揮作用。就像救護車經過并開始遠離你時,其鳴笛的音調會下移并變得更低,來自遙遠星系的光的波長也會從可見光,下移到紅外光。

接收紅外信號正是韋布空間望遠鏡的拿手好戲。它的主鏡仿佛一個太陽能集中器,能使光線聚集在一點。感知到微弱的紅外線輻射后,韋布空間望遠鏡上搭載的科學儀器就會紛紛開始工作。

韋布空間望遠鏡結構示意圖(來源:NASA)

首先是近紅外攝像機,它如同望遠鏡的“眼睛”,能捕捉到第一批恒星和星系的光,并創建暗物質地圖。其次是近紅外光譜儀,它將對紅外線所攜帶的物理、化學信息進行分析,檢測其中的物質成分含量,如水、空氣。再者是精確引導傳感器,它能幫助韋布空間望遠鏡調整觀測姿態,獲取更高質量的紅外線圖像。最后,所有科學數據將通過地球指向天線傳回地球。

韋布空間望遠鏡的發射受到全世界天文學界的關注,許多天文學家期待,它能帶給人類新的發現,“我也很期待它能在觀測遙遠的早期宇宙方面取得進展?!逼埨娬f。

發射推遲14年

為何成為“鴿王”?

韋布空間望遠鏡項目從1996年開始提出,美國宇航局向全國招標,發起這一極端精密的新式空間望遠鏡計劃。研究人員曾預計,該望遠鏡將于2007年發射,然而因為各種原因不斷推遲。

至2021年12月,韋布空間望遠鏡的發射比原計劃日期推遲了14年左右,因此被冠上“鴿王”稱號。

而最近的一次推遲,是因為近期在裝載進運載火箭時,由于操作人員失誤,在沒有夾緊卡箍的時候移動了望遠鏡,導致望遠鏡遭受了異常震動,不得不推遲發射。

第二拉格朗日點(L2)位置(來源:NASA)

“天文望遠鏡體積巨大,結構復雜,對精度要求也高。韋布空間望遠鏡的軌道在距離地球150萬公里外的第二拉格朗日點(L2),這意味著一旦發射,如果出現問題,將沒有任何人能去維修。因此在發射前,必須確保萬無一失?!逼埨娬f。

此外,研發過程中,韋布空間望遠鏡造價也不斷提升,實際耗資100億美元,比最初的預算超出多倍。過程中頻繁提高預算,一度使得美國相關單位頗有微詞,發生因資金不足而推遲的事件。

韋布空間望遠鏡的部署路線圖(來源:NASA)

即便如今發射了,也并不意味著一勞永逸。進入預定軌道之后,韋布空間太空望遠鏡仍有很長的路要走。它將執行一系列操作,包括展開巨大的反光鏡、部署五層防曬薄膜、根據地面指令調整鏡面等,預計需再耗時幾個月時間。

最終,韋布空間望遠鏡能帶給人類怎樣的驚喜?且耐心以待。

伴飛空間站

中國“巡天”指日可期

空間天文望遠鏡是人類進行天文觀測,了解宇宙的重要手段。在這方面,中國也有自己的計劃。

2021年4月29日,隨著“天和”核心艙發射,中國空間站正式進入組建階段。未來,我國將擇機發射大口徑、大視場的空間天文望遠鏡“巡天”,用于宇宙天文觀測,可謂中國空間站的“旗艦項目”之一。

中國“巡天”空間天文望遠鏡示意圖(來源:中科院國家天文臺)

一般情況下,“巡天”將與中國空間站保持共軌飛行的狀態,即各自獨立,卻互伴不離。在需要進行維修或者升級時,又可以短期??吭诳臻g站。

“巡天”對標的是哈勃望遠鏡,口徑為2米,“‘巡天’的視場要比哈勃望遠鏡大300倍,這意味著視野更為寬闊,能以更高的效率,系統研究宇宙演化的面貌?!逼埨娬f。

“巡天”空間望遠鏡的第一代儀器搭載了許多精測模塊,包括巡天模塊、太赫茲模塊、多通道成像儀、積分視場光譜儀和系外行星成像星冕儀。這些儀器將依托各自特點開展觀測,既可以精細化觀測,也可以無差別“巡天”,去尋找未知天體。

至于“巡天”的最新進展,據了解,預計2022年末,將完成初樣鑒定件研制。(天目新聞記者曾楊希 謝履冰)

來源:天目新聞

責任編輯:胡惠雯

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