论文部分内容阅读
美国宇航局（简称NASA）当然知道“哈勃”的设计寿命只有25年，这还是在一切顺利前提下的乐观估计。“哈勃”的实际使用情况已经令NASA很满意了。确定哈勃继承者的计划，早在“哈勃”还未上天时就已经酝酿了。因为“詹姆斯·韦伯太空望远镜”耗资巨大，几番超出原有预算， NASA不得不寻求与欧空局合作，所以才延误了一些时间。
近日，“詹姆斯·韦伯太空望远镜”的最后一块镜面已经安装就位，2018年将择机发射升空。天文学家相信这架造价接近百亿美元的“詹姆斯·韦伯太空望远镜”一定会揭开人类天文学的新篇章。
“韦伯”肩负的
新使命
为了尽快看到宇宙大爆炸之初的情形，人类需要一个比“哈勃”更“火眼金睛”的探测使者深入太空。这个探测使者不仅能够探测到宇宙初生时的景象，运气好的话还能深入地探测到大爆炸后形成的第一颗恒星的爆炸。此外，它也能揭开和银河系最近星系的起源之谜，还能观测到孕育了恒星和附属行星的星云……这些都是科学家急于揭示的天文学之谜。
是的，我们需要一架视野更深邃的太空望远镜。
为了达成这一目的，NASA和欧空局要求“詹姆斯·韦伯太空望远镜”的镜面要足够大，大到能捕获来自第一代星系发出的微弱之光。此外，这个望远镜还必须能抵御极低的温度。因为温度一旦超过零下223摄氏度，望远镜本身的红外热辐射就会掩盖掉微弱的光量子——这跟我们无法在灯火通明的地方看到萤火虫的荧光是一样的道理。项目组决定将这个探测使者安置在地球以外150万千米轨道的第二拉格朗日点上。因为第二拉格朗日点是太阳和地球万有引力叠加产生的稳定区域，而位于此点的航天器都处于地球所投射的阴影之下，在那里，更容易让航天器保持低温。而在这样的低温下，“詹姆斯·韦伯太空望远镜”才能探测到在宇宙中漫游了130亿光年的光线和热量的痕迹。
负责“詹姆斯·韦伯太空望远镜”项目的首席科学家丹尼尔·戈登最初将主镜面设定为直径8米，后因大大超出预算，不得不将主镜面直径缩小为6.5米，这已是能够观测到宇宙大爆炸的第一缕光線的最低要求了。即便如此，它的主镜面直径也已经是“哈勃”的3倍了，面积则是“哈勃”的5倍以上。
在实施过程中，设计团队遇到的第一个难题是超大块头的主镜片，其次便是望远镜所依赖的主体技术，这也是此前未曾尝试过的。这个主体技术面临着从高灵敏光探测仪到制冷系统等的各种挑战，其中的制冷系统要使这架太空望远镜一直保持在零下223摄氏度的极端低温以下。“韦伯”一旦发射，就将毫无退路，要么旗开得胜，要么前功尽弃——因为地球与第二拉格朗日点的距离是月地距离的4倍，我们根本没有对它进行维修的可能性。
虽已精益求精，
但仍需好运眷顾
“詹姆斯·韦伯太空望远镜”的质量为6.2吨，约为“哈勃”的一半，但它体积庞大，必须把它折叠起来，才能装入一枚“阿里亚娜5型”运载火箭的狭窄货运仓内。这就对它的重量和尺寸都提出了严格的要求。于是，主镜面被分割成18块，每块镜片背部都装有7个马达，能够在10纳米的精度内调整镜片的形状和朝向。“韦伯”发射后，这些镜片会在高精度的微型马达和波面传感器的控制下展开。仅此一项就让光学技术专家们承受了前所未有的压力。
再看看这被分割成18块的六角形镜片，每个镜面的抛光误差不得超过10纳米，同时镜面也经过专门琢磨，使其能够在遮阳板阴影的极度严寒环境中保持正确形状。在该计划的早期，天文学家曾设想可以使用超低膨胀玻璃，因为在温度改变时它的变形很小，但就是这很小的变形也足以使望远镜完全失效，只得放弃。
天文学家最终选择了铍作为镜面材料。选择铍作为镜面材料，就意味着要花费更多的设计时间，因为铍需要更多的时间去抛光。NASA的工程师们从6年前就开始为镜片进行涂层处理，要涂上厚度仅为120纳米、总重为3.4克的黄金，而120纳米只是一个人头发的1/200。涂层工作一直到2016年年底才全部完成。
在制造过程中，曾有一个测试无法进行，令制造团队备感不安，那就是展开巨型遮阳板的过程是无法进行测试的。巨型遮阳板19米长、11米宽，NASA没有大到足够进行测试的低温真空舱。最后，NASA不得不采用了相对冒险的方法：只测试望远镜的关键部件。至于升空后的最终结果如何，只能自求多福了。
尽管如此，丹尼尔·戈登仍显得信心十足。他最大的愿望是“詹姆斯·韦伯太空望远镜”这个具有红外线视觉的强大“时间机器”，不仅能够窥探135亿年前的宇宙状况，发现宇宙最早期黑暗之中诞生的第一批恒星和星系，还会对人类搜寻外星生命做出具有里程碑意义的贡献。
近日，“詹姆斯·韦伯太空望远镜”的最后一块镜面已经安装就位，2018年将择机发射升空。天文学家相信这架造价接近百亿美元的“詹姆斯·韦伯太空望远镜”一定会揭开人类天文学的新篇章。
“韦伯”肩负的
新使命
为了尽快看到宇宙大爆炸之初的情形，人类需要一个比“哈勃”更“火眼金睛”的探测使者深入太空。这个探测使者不仅能够探测到宇宙初生时的景象，运气好的话还能深入地探测到大爆炸后形成的第一颗恒星的爆炸。此外，它也能揭开和银河系最近星系的起源之谜，还能观测到孕育了恒星和附属行星的星云……这些都是科学家急于揭示的天文学之谜。
是的，我们需要一架视野更深邃的太空望远镜。
为了达成这一目的，NASA和欧空局要求“詹姆斯·韦伯太空望远镜”的镜面要足够大，大到能捕获来自第一代星系发出的微弱之光。此外，这个望远镜还必须能抵御极低的温度。因为温度一旦超过零下223摄氏度，望远镜本身的红外热辐射就会掩盖掉微弱的光量子——这跟我们无法在灯火通明的地方看到萤火虫的荧光是一样的道理。项目组决定将这个探测使者安置在地球以外150万千米轨道的第二拉格朗日点上。因为第二拉格朗日点是太阳和地球万有引力叠加产生的稳定区域，而位于此点的航天器都处于地球所投射的阴影之下，在那里，更容易让航天器保持低温。而在这样的低温下，“詹姆斯·韦伯太空望远镜”才能探测到在宇宙中漫游了130亿光年的光线和热量的痕迹。
负责“詹姆斯·韦伯太空望远镜”项目的首席科学家丹尼尔·戈登最初将主镜面设定为直径8米，后因大大超出预算，不得不将主镜面直径缩小为6.5米，这已是能够观测到宇宙大爆炸的第一缕光線的最低要求了。即便如此，它的主镜面直径也已经是“哈勃”的3倍了，面积则是“哈勃”的5倍以上。
在实施过程中，设计团队遇到的第一个难题是超大块头的主镜片，其次便是望远镜所依赖的主体技术，这也是此前未曾尝试过的。这个主体技术面临着从高灵敏光探测仪到制冷系统等的各种挑战，其中的制冷系统要使这架太空望远镜一直保持在零下223摄氏度的极端低温以下。“韦伯”一旦发射，就将毫无退路，要么旗开得胜，要么前功尽弃——因为地球与第二拉格朗日点的距离是月地距离的4倍，我们根本没有对它进行维修的可能性。
虽已精益求精，
但仍需好运眷顾
“詹姆斯·韦伯太空望远镜”的质量为6.2吨，约为“哈勃”的一半，但它体积庞大，必须把它折叠起来，才能装入一枚“阿里亚娜5型”运载火箭的狭窄货运仓内。这就对它的重量和尺寸都提出了严格的要求。于是，主镜面被分割成18块，每块镜片背部都装有7个马达，能够在10纳米的精度内调整镜片的形状和朝向。“韦伯”发射后，这些镜片会在高精度的微型马达和波面传感器的控制下展开。仅此一项就让光学技术专家们承受了前所未有的压力。
再看看这被分割成18块的六角形镜片，每个镜面的抛光误差不得超过10纳米，同时镜面也经过专门琢磨，使其能够在遮阳板阴影的极度严寒环境中保持正确形状。在该计划的早期，天文学家曾设想可以使用超低膨胀玻璃，因为在温度改变时它的变形很小，但就是这很小的变形也足以使望远镜完全失效，只得放弃。
天文学家最终选择了铍作为镜面材料。选择铍作为镜面材料，就意味着要花费更多的设计时间，因为铍需要更多的时间去抛光。NASA的工程师们从6年前就开始为镜片进行涂层处理，要涂上厚度仅为120纳米、总重为3.4克的黄金，而120纳米只是一个人头发的1/200。涂层工作一直到2016年年底才全部完成。
在制造过程中，曾有一个测试无法进行，令制造团队备感不安，那就是展开巨型遮阳板的过程是无法进行测试的。巨型遮阳板19米长、11米宽，NASA没有大到足够进行测试的低温真空舱。最后，NASA不得不采用了相对冒险的方法：只测试望远镜的关键部件。至于升空后的最终结果如何，只能自求多福了。
尽管如此，丹尼尔·戈登仍显得信心十足。他最大的愿望是“詹姆斯·韦伯太空望远镜”这个具有红外线视觉的强大“时间机器”，不仅能够窥探135亿年前的宇宙状况，发现宇宙最早期黑暗之中诞生的第一批恒星和星系，还会对人类搜寻外星生命做出具有里程碑意义的贡献。