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真·镀金望远镜,迄今为止最强太空望远镜,即将发射升空

耗时25年,斥资100亿美元,这台迄今为止最强大的太空望远镜,终于即将发射升空了。

1990年,美国发射了目前最先进的太空望远镜——哈勃。在未来31年的时间里,它都保持着无与伦比的观测能力。

但是,在哈勃升空仅仅6年后,美国宇航局就开始思考新一代太空望远镜的研制了。注意,新一代太空望远镜真的就是当初它的名字,直到后来,美国宇航局采用他们第二任局长的名字来给它正式命名,这就是著名的詹姆斯·韦伯太空望远镜(简称JWST)。

哈勃望远镜在研制过程中,就面临过一个重要的问题,那就是经费。哈勃望远镜的经费不断攀升,让美国宇航局都望而却步,最终耗资15亿美元,才将它送上了太空。因此,JWST要花多少钱,就成了一个严重的问题。

根据最初的计划,JWST的预算大概是5亿美元。美国宇航局一看到这个数字,差点笑出来。这么便宜,为啥不干?整!

估计他们最初可能也思考过,虽然5亿这个数字可能跑偏,未来会增加,但总不会增加得太离谱吧?谁曾想到,还真就越来越离谱了。下面这张图,展示了JWST不断攀升的经费,和不断延迟的发射日期。其中横坐标是实际年份,左侧纵坐标是不断推迟的预计发射年份,而右侧纵坐标则是恐怖的经费。当初说好的只花5个亿,如今已经差不多到了100亿了。

而JWST的发射日期一推再推,除了技术问题之外,经费问题也是重要的原因。此前一次推迟,是推到了今年3月。而且随后就有专家预测,今年3月发射的概率非常低。果然,后来NASA又将望远镜的发射日期推到了今年10月份。这一次,看起来真的有希望了。

正所谓好饭不怕晚,尽管推迟了这么久,JWST仍然是人类万众瞩目的太空望远镜。一旦发射升空,它将带领我们观测到此前绝对无法看到的宇宙。

JWST的主镜口径达到了6.5米,而哈勃只有2.4米,是后者的2.7倍,它是由18个正六边形的镜片拼合而成的。这种形式的主镜除了稍微降低一些难度之外,还有一个更重要的作用,那就是便于发射。毕竟6.5米的口径太大了,整流罩才只有5米长。

(图片说明:哈勃和韦伯的主镜尺寸对比)

那么,为何JWST是六边形的呢?

这是因为,如果都是用圆形来拼接,中间就会有很多漏洞。而六边形拥有着非常高的填充系数,并且拼接后的整体尽量接近圆形,保持拍摄图像的形状

NASA不得不将其进行折叠后,才能勉强装进整流罩中,等到进入太空再展开。而JWST的展开工作,NASA此前也进行过多次测试了。为了保证测试的准确性,科学家们还给它特殊的重力抵消设施,从而确保它能够在太空微重力状态下良好展开。

(图片说明:JWST装入整流罩的折叠示意图)

要知道,这样的展开并不容易,不是像大家想象的,大概平整了就可以。为了达到观测效果,JWST的主镜角度要达到极其精密的程度才可以。和主镜同时展开的,还有遮阳罩等设备。因此,JWST的展开,要同时运作120个致动器和马达来完成,的确是极其复杂的。

5月12日,NASA也完成了最后一次展开测试,一切顺利,JWST整装待发。

(图片说明:NASA在无尘室进行JWST的展开测试)

用脚趾想也知道,望远镜的口径越大,意味着观测能力越强。专业一点来说,就是集光力和分辨率足够高。集光力指的是望远镜较人眼聚集多少倍光,而分辨率指的是我们能将多近的两个物体分辨开来。为什么我们看其他恒星都是一个光点,而太阳却是一个光球?这是因为它们太远了,我们的眼睛不足以将它左右两侧分辨开来。

所以,凭借更大的物镜,詹姆斯·韦伯太空望远镜不仅能够观测到比哈勃更暗的天体,也能够更加清晰。

实际上,JWST的主镜,不仅仅是大,还有很多特点值得注意。

在这个6.5米的主镜上,科学家们涂上了很多特殊的物质,从而提到其观测能力。

黄金:它可以提高JWST的红外反射能力,从而使得它具备比较强大的中红外观测能力,这是哈勃所不具备的。你可能觉得这太费钱了,不过想一想100亿美元的资金,你觉得能有多少比例是用在购置纯金上的;

:它拥有非常高的刚性,这对于不得不在极寒的太空中进行工作的JWST来说,可以尽量减少形变。

正是这些先进的手段和材料,才能够保证这台史无前例的望远镜能够获得最强的观测效果。

根据目前的计划,詹姆斯·韦伯太空望远镜将在今年10月31日发射升空。和哈勃不一样的是,JWST将会被安置在第二拉格朗日点的位置上,也就是距离地球大约150万公里远处。在这里,JWST将会和地球保持同步的轨道,但也有一个缺点,那就是距离太远,根本不可能像哈勃一样靠宇航员进行后期维护。

这也是导致JWST发射时间一再推迟的原因之一。当初哈勃就出现了严重的问题,差一点直接报废。好在通过宇航员的维护,才能够投入使用,并且后期的多次升级中提升观测能力,才有了31年的超长观测寿命。JWST不可能进行这样的维护,所以必须在发射之前反复测试,以求万无一失。

科学家预测,JWST的观测距离将会超过哈勃数亿光年,这意味着我们可以观测到更早期的宇宙是什么模样的。而且,它还可以对系外行星的大气成分进行光谱分析,帮助我们了解某颗行星的宜居性,甚至推测其孕育生命的可能性。

JWST还没有发射升空,科学家们已经为它设定好了许多观测目标。相信在它升空以后,一定会非常忙碌,同时也会带来非常丰富的研究成果。而等着利用它进行观测的科学家,估计也都排出去几条街了吧……

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