周玉利

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時事引讀

北京時間2021年12月25日20時20分，由數(shù)千名科學家與工程師花費20多年、耗資超100億美元精心設計而成的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（本文簡稱“韋伯”），終于在法屬圭亞那庫魯航天發(fā)射中心使用歐空局研制的阿里安5大型運載火箭發(fā)射升空，它的目的地是150萬公里外的日地第二拉格朗日點（L2）。2022年1月4日，NASA（美國國家航空航天局）在官網(wǎng)宣布，詹姆斯·韋伯望遠鏡的五層遮陽罩已成功展開，標志著該望遠鏡的最復雜部署已經(jīng)完成。據(jù)了解，這款人類迄今為止制造的最大、最復雜、最強勁、最具想象力的太空望遠鏡由美國國家航空航天局與歐洲航天局共同研制，性能和精度都遠超哈勃太空望遠鏡（本文簡稱“哈勃”），通過它我們有望觀測到135億年前宇宙的“模樣”。預計2022年6月底前它將正式向地球發(fā)回第一批觀測到的宇宙圖像。

素材聚焦1 關(guān)于韋伯望遠鏡的硬核知識

韋伯的主鏡直徑6.5米，面積相當于一個網(wǎng)球場，由于過大，工程師們采用的方案是，將望遠鏡精心設計為18面六邊形的金色鏡片，這成為它最吸引人眼球的地方。

為什么是金色的？這不是為了美觀。太空望遠鏡需要保持非常精確的形狀，不能隨著溫度的變化改變形狀；它還需要非常輕巧，以減輕發(fā)射負擔。所以韋伯的鏡面選用鍍金的鈹制作。鈹是一種輕金屬，而與鋼相比更難變形，有非常出色的尺寸穩(wěn)定性。由于它本身沒有反射性，韋伯的主要任務是觀測宇宙中的紅外光譜，而黃金對紅外光譜的反射性極好，于是在拋光的鈹表面，涂了一層0.1微米厚的黃金。整個望遠鏡共用了48.2克黃金，大約相當于一個高爾夫球的重量。

那為什么又設計成18面鏡片呢？韋伯距地球150萬公里，一旦發(fā)射就沒有機會被維修。所以，科研人員設計了可獨立運轉(zhuǎn)、自動對焦的小鏡面解決這個問題，他們還可以從地球上遠程糾錯。此外，韋伯的主鏡如果全部展開，面積達25平方米，無法塞進直徑只有5.4米的火箭整流罩里。所以，韋伯必須像折紙一樣可以在地面上折疊起來，放進火箭的整流罩升空，到了太空以后再展開。對研究人員而言，以遙控方式將進入太空的韋伯展開，使其每個部件完美就位，將是此次發(fā)射任務“最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)”。

韋伯旁邊有個像盾牌一樣的東西，它有什么作用？它是遮陽板。為了正常工作，韋伯的暗面需要保持在-233℃的低溫下。假如沒有這塊日光盾，望遠鏡會被太陽光烤焦，有了它，就像給韋伯涂了一層50萬SPF（防曬系數(shù)）的防曬霜。另外，和韋伯一樣，這個遮陽板也是可折疊的，需要在太空里緩慢展開才能正常工作。

為什么韋伯要飛到日地第二拉格朗日點？在拉格朗日點，重力使物體步調(diào)與地球繞太陽的旅程一致。換句話說，拉格朗日點是重力穩(wěn)定點，是宇宙中最佳的“停車位”之一，可在不消耗太多燃料的情況下保持相同的相對位置。太陽和地球之間的日地拉格朗日點一共有5個，分別被標記為L1～L5。其中在距地球150萬公里的L2，地球會擋住太陽。由于韋伯的工作需要盡可能避免太陽、地球和月球的影響，所以選擇了L2。

素材聚焦2 與哈勃望遠鏡的區(qū)別

兩臺望遠鏡最大的區(qū)別：哈勃太空望遠鏡是光學望遠鏡，韋伯太空望遠鏡是紅外線望遠鏡，光學望遠鏡是以收集可見光的方式來觀測宇宙，而紅外線望遠鏡是以收集不可見的紅外線的方式來觀測宇宙。紅外線波長超過可見光，具有熱效應，凡是溫度高于絕對0℃的物體都會產(chǎn)生紅外線，也就是說，即便是在漆黑的夜空中，任何物體都可以被看到。

此外，與哈勃相比，韋伯性能更優(yōu)：哈勃直徑2.4米，韋伯直徑 6.5米，有更大的集光區(qū)，比哈勃看得更深更遠；哈勃在距地球大約570公里的軌道上運行，而韋伯將在150萬公里之外運行；韋伯精度極高；韋伯反射面積是哈勃的6倍，靈敏度比哈勃高約100倍?？傊?，通過韋伯，我們可以看到哈勃無法觀察到的過于黑暗的天體，看到宇宙中最久遠的事件和最遙遠的物體，能清晰辨認40公里外的一枚硬幣，能觀測到宇宙大爆炸所產(chǎn)生的第一縷陽光。

素材聚焦3 被戲稱為“鴿王”的望遠鏡

韋伯因其研發(fā)周期長、耗資巨大而聞名于世，被戲稱為“鴿王”望遠鏡。實際上，早在哈勃升空前一年（1989年），韋伯太空望遠鏡項目就已經(jīng)被提出來了。從1996年開始，NASA邀請各大公司來參與投標這種復雜的“下一代太空望遠鏡”的研制。經(jīng)過激烈角逐，TRW（美國天合公司）于2002年獲得NASA授予的合同，韋伯太空望遠鏡的建造就此正式啟動。根據(jù)最初設想，韋伯的發(fā)射時間定在2007年，但隨即就被推遲了。哈勃計劃于2010年被航天飛機帶回地面，“繼任者”韋伯的發(fā)射時間也被定在2010年左右。但后來由于TRW被收購、項目超支、新冠肺炎疫情等種種因素，韋伯的發(fā)射時間一拖再拖，直到2021年。即使在發(fā)射前夕，韋伯依舊將“鴿王本色”發(fā)揚到底。2021年11月22日，NASA發(fā)布消息稱，由于在與運載火箭的連接過程中有一條夾帶意外松開，導致整個望遠鏡產(chǎn)生了震動，原定于12月18日的發(fā)射時間被再度推遲到12月22日。

素材鏈接 中國“巡天”升空在即，將打破西方定論

目前，為了開展深空探測，中國為天宮空間站設計了專門的巡天光學艙平臺，該平臺所搭載的望遠鏡口徑達2米，雖然在性能上比不過韋伯，但已經(jīng)實現(xiàn)了與哈勃齊平，在視場上甚至比哈勃大200多倍。根據(jù)規(guī)劃，巡天光學艙平臺將于2024年前后，由長征5號B型火箭搭載入軌，預計在太空中停留10年。巡天光學艙將用于研究天體的形成與演化、研究暗物質(zhì)暗能量以及宇宙學研究，此外，巡天光學艙兼具天地觀測的能力，西方之前的“天地觀測不可兼得”定論，也將隨著巡天光學艙的升空被打破。

【考場仿真試題】請結(jié)合以上材料，以“夢想永不止步”為話題，寫一篇不少于800字的文章。

【范文片段示例】兩千多年前，我國詩人屈原就以長詩《天問》對天地、自然和人世等一切事物現(xiàn)象進行想象與發(fā)問，從宇宙之本源到星辰之往亙，后人也在不斷問天看天。如今，韋伯望遠鏡前往太空，中國的“巡天”也將在未來走進太空，探索無止境，夢想不止步。我們只有向著高峰不斷進發(fā)，才能抵達一個又一個新的高度，收獲更遠的星辰、更美的風景，解開更多的奧秘。

（詹姆斯·韋伯太空望遠鏡主鏡）

（哈勃太空望遠鏡主鏡）