近日，原計(jì)劃2011年發(fā)射升空的詹姆斯·韋伯天文望遠(yuǎn)鏡（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“韋伯望遠(yuǎn)鏡”）在延期5年多之后終于宣布完工，整個(gè)工程耗資高達(dá)88億美元（約合595億人民幣）。按計(jì)劃，韋伯望遠(yuǎn)鏡將于2018年10月從法屬圭亞那發(fā)射升空，發(fā)射至日地平衡第二拉格朗日點(diǎn)，正式開(kāi)啟其探測(cè)宇宙第一代天體誕生與演化的“世紀(jì)之旅”，接替仍在帶病堅(jiān)持的哈勃望遠(yuǎn)鏡，成為人類(lèi)觀測(cè)宇宙的“天眼”。

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“土豪金”主鏡

韋伯望遠(yuǎn)鏡主鏡的直徑比載它升空的火箭還大，它被分割成18個(gè)六邊形，直徑6.5米，重量約20公斤，并且都有多個(gè)調(diào)節(jié)位置的輔助馬達(dá)。這個(gè)主鏡可是名副其實(shí)的“土豪金”，因?yàn)殓R面表層覆蓋了一層比人類(lèi)頭發(fā)還要薄1 000倍的金層。這么做可不是為了看上去“高大上”，而是為了增強(qiáng)鏡面的紅外線反射能力，這也是該望遠(yuǎn)鏡的主要觀察波段。為了讓鏡片又堅(jiān)固又輕薄，科學(xué)家使用了鈹元素來(lái)制造，在發(fā)射升空的過(guò)程中，這些鏡片會(huì)被摺起，直到約2.5周后，當(dāng)太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入太空后才會(huì)將鏡片展開(kāi)。

有別于哈勃太空望遠(yuǎn)鏡圍繞地球上空旋轉(zhuǎn)，韋伯望遠(yuǎn)鏡是放置在太陽(yáng)與地球的第二拉格朗日點(diǎn)，飄蕩在地球背對(duì)太陽(yáng)后方150萬(wàn)公里處的太空。它的主要任務(wù)為調(diào)查大爆炸后的宇宙微波，進(jìn)而推敲出宇宙起源。韋伯望遠(yuǎn)鏡搭載了高靈敏度的紅外線傳感器、光譜儀，用來(lái)觀察太空中的大氣成分。另外，因一直處在地球陰影當(dāng)中，所以除了用遮陽(yáng)罩避開(kāi)陽(yáng)光之外，望遠(yuǎn)鏡的各個(gè)組件還要接受低溫考驗(yàn)。

當(dāng)韋伯望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空后，將會(huì)是所有正在運(yùn)作中的太空望遠(yuǎn)鏡里，最巨大且最強(qiáng)大的一座，可望見(jiàn)深層太空并觀測(cè)宇宙大爆炸后形成的星系。

強(qiáng)大的紅外探測(cè)能力

不同溫度的天體，輻射不同，波段也不同。眾多質(zhì)量非常小的遙遠(yuǎn)恒星或氣體云，擁有極高的紅移水平，其發(fā)射的紫外和可見(jiàn)光都已移至紅外。而對(duì)于可見(jiàn)光波段太空望遠(yuǎn)鏡哈勃來(lái)說(shuō)，紅外能力的缺失，也成為其讓位于韋伯的重要因素。

由于早期宇宙的輻射能量已從紫外移至紅外波段，且行星的輻射相比其主星的輻射，在紅外波段遠(yuǎn)強(qiáng)于光學(xué)波段，兩個(gè)原因促使韋伯望遠(yuǎn)鏡可以在人類(lèi)理解宇宙起源以及搜尋系外行星生命跡象上做到無(wú)可匹敵。

憑借強(qiáng)大的紅外功能，韋伯望遠(yuǎn)鏡可以在極低溫度下發(fā)揮自身的探測(cè)優(yōu)勢(shì)。與哈勃望遠(yuǎn)鏡不同，韋伯望遠(yuǎn)鏡不僅能在近紅外波段工作，更可在零下220攝氏度的低溫下作業(yè)。而這樣的低溫對(duì)于紅外觀測(cè)非常有利，可以大幅減少紅外探測(cè)器自身的暗電流和外界熱輻射產(chǎn)生的背景噪聲，提高探測(cè)極限。此外，韋伯望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)離了地球本身的熱輻射，避免地表反射帶來(lái)的影響，這也減少了更多的背景熱噪聲。

就和夜視儀一樣，紅外波段觀測(cè)的一個(gè)難題是儀器本身的紅外輻射比較強(qiáng)，強(qiáng)到甚至超過(guò)要觀測(cè)的天體，這樣的話，就無(wú)法觀測(cè)到暗弱的天體了。之所以讓儀器在零下220攝氏度下工作，儀器本身的紅外輻射就可以比較弱，弱到不能蓋過(guò)遙遠(yuǎn)星系的紅外亮度。由于韋伯望遠(yuǎn)鏡的體積足夠大，它也將躲避掉地球大氣的干擾，提升觀測(cè)能力。

主鏡面集光區(qū)顯威力

作為6倍于哈勃望遠(yuǎn)鏡的主鏡面集光區(qū)域，韋伯望遠(yuǎn)鏡意味著擁有超強(qiáng)的集光能力，可以探測(cè)到非常暗弱的天體。

我們都知道，遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光傳播到地球需要一定的時(shí)間，“看得更遠(yuǎn)”也就同時(shí)意味著我們能看到更早的宇宙。韋伯望遠(yuǎn)鏡的一個(gè)重要科學(xué)目標(biāo)是把探測(cè)宇宙的視野進(jìn)一步推進(jìn)數(shù)億年，而第一代恒星、星系正是在這短短的數(shù)億年間迅速形成的。韋伯望遠(yuǎn)鏡將大大提升人類(lèi)研究早期宇宙、恒星和系外行星的能力，預(yù)期將取得天文學(xué)界多個(gè)領(lǐng)域的重大突破。

作為擁有六邊形主鏡面的韋伯望遠(yuǎn)鏡，相較于哈勃望遠(yuǎn)鏡鏡面面積增加了6倍，而這就意味著其接收光能量的功力也相應(yīng)增加了6倍，探測(cè)的極限分辨率就能因此提高2.4倍。不僅如此，時(shí)間成本的縮短也是韋伯望遠(yuǎn)鏡的“功績(jī)”之一，同樣的天體，哈勃望遠(yuǎn)鏡需要6小時(shí)的觀測(cè)時(shí)間，而韋伯望遠(yuǎn)鏡只需要1小時(shí)。

未來(lái)韋伯望遠(yuǎn)鏡的出色能力將與地面上的大望遠(yuǎn)鏡通力配合，形成強(qiáng)力互補(bǔ)。而垂垂老矣的哈勃望遠(yuǎn)鏡將會(huì)按計(jì)劃在軌道上繼續(xù)工作至2021年。這兩大太空望遠(yuǎn)鏡將“并肩作戰(zhàn)”，讓我們能獲得更廣闊的宇宙視野。