科普：詹姆斯·韋布空間望遠鏡——探索宇宙歷史的“深空巨鏡”

　　新華社北京12月31日電(記者張瑩)美國詹姆斯·韋布空間望遠鏡12月25日從法屬圭亞那庫魯航天中心發(fā)射升空，踏上奔赴日地系統(tǒng)第二拉格朗日點的遙遠旅程。

　　韋布空間望遠鏡由美國航天局與歐洲航天局、加拿大航天局聯(lián)合研究開發(fā)，被認為是哈勃空間望遠鏡的“繼任者”。美國航天局說，韋布空間望遠鏡將幫助科學家探索宇宙各階段歷史：從太陽系天體到早期宇宙中最遙遠的可觀測星系。它的新發(fā)現(xiàn)將有助于揭示宇宙起源的秘密，了解人類在宇宙中的位置。韋布空間望遠鏡的建造有何獨特之處？它將怎樣履行使命？

　　部署在深空的“金色巨鏡”

　　據(jù)美國航天局官網(wǎng)介紹，作為該機構送入太空的最大、最復雜的空間科學望遠鏡，韋布空間望遠鏡是一個“技術奇跡”，將在軌部署運用到極致。

　　主要在紅外波段觀測的韋布空間望遠鏡由光學和科學儀器、遮陽板以及被稱為“航天器總線”的支持系統(tǒng)等部分組成，總重量6.2噸。

　　韋布空間望遠鏡的光學模塊采用“三反射鏡消像散系統(tǒng)”：被主鏡捕捉的紅外線要經(jīng)過次鏡和三級鏡反射，再由精細轉(zhuǎn)向鏡傳遞至科學儀器模塊。直徑達6.5米的巨大主鏡成為韋布空間望遠鏡外形最亮眼之處，它由18塊六邊形鏡片拼接而成，采集光線面積達到其“前任”哈勃空間望遠鏡的5倍以上。次鏡由3個從主鏡正面延伸出來的長臂支撐，三級鏡和精細轉(zhuǎn)向鏡被安置在主鏡中心凸起的黑色“鼻錐”內(nèi)。

　　為使敏感的紅外信號免受太空輻射干擾，韋布空間望遠鏡需在約零下220攝氏度的低溫環(huán)境中工作。它的主鏡、次鏡和三級鏡鏡片的制造材料均選用金屬鈹。這種金屬密度低，硬度相對較高，低溫下不易收縮變形。鏡片表面噴涂了一層厚度僅100納米的黃金，其目的是優(yōu)化鏡面反射紅外線性能。

　　集成科學儀器模塊位于主鏡背面，包含近紅外相機、近紅外光譜儀、近紅外成像儀和無縫隙光譜儀、中紅外儀等設備，它們將對韋布空間望遠鏡收集到的光線進行分析成像。

　　風箏形狀的巨幅遮陽板位于主鏡下方，為韋布空間望遠鏡抵擋來自太陽、地球和月球的輻射。遮陽板面積接近網(wǎng)球場大小，設計成5層薄膜結(jié)構，材質(zhì)為鍍鋁聚酰亞胺，距離太陽最近的外層厚度為0.050毫米，其他層厚度0.025毫米。遮陽板將望遠鏡分隔成分別朝向深空和朝向太陽的冷熱兩側(cè)，其溫差極限超過300攝氏度。

　　由于體型太過巨大，韋布空間望遠鏡發(fā)射時以折疊狀態(tài)裝入阿麗亞娜5型火箭整流罩內(nèi)。望遠鏡的部署軌道位于日地系統(tǒng)第二拉格朗日點附近，它需經(jīng)過長達一個月的飛行，才能抵達這一距離地球約150萬千米的深空區(qū)域。

　　拉格朗日點又稱平動點，在該點處，航天器在太陽和地球兩個天體引力的共同作用下，剛好能獲得隨地球同步運動所需向心力。這個理想軌道將使韋布空間望遠鏡在隨地球一起繞太陽運行時始終處于地球暗夜的一側(cè)，確保遮陽板外層始終對著太陽、地球和月亮的方向。位于該區(qū)域還能減少在軌期間燃料用量，并與美國航天局“深空網(wǎng)絡”天線保持通信。

　　回望早期宇宙

　　從概念誕生到開始建造，再到組裝測試并最終發(fā)射，韋布空間望遠鏡項目已歷時20余年。來自十多個國家的數(shù)千名科學家和工程技術人員投身其中，累計工作時長約4000萬小時，耗資高達100億美元。

　　美國航天局介紹，韋布空間望遠鏡將以“前所未有”的分辨率觀測近紅外至中紅外波段光線，以補充并推進哈勃空間望遠鏡、斯皮策空間望遠鏡以及其他美國航天任務的天文發(fā)現(xiàn)。

　　哈勃空間望遠鏡觀測波長范圍是115納米至2.5微米，分布在紫外到紅外波段；而韋布空間望遠鏡觀測波長范圍是600納米至28.8微米，主要處于紅外波段。紅外觀測有何優(yōu)勢？不同于紫外線和可見光，波長較長的紅外線能繞過塵埃，可讓望遠鏡看到隱藏在塵埃云背后的天體。更重要的是紅外觀測有助于科學家“以更近距離看到萬物起源”。隨著宇宙持續(xù)膨脹，早期發(fā)光天體發(fā)出的紫外線和可見光朝光譜的紅端移動，最終以紅外線的形式在今天抵達近地空間，這種現(xiàn)象稱為“紅移”，而發(fā)生紅移的天體有可能被紅外望遠鏡捕捉到。

　　韋布空間望遠鏡任務目標主要有4個方面：尋找135億多年前的宇宙中誕生的第一批星系；研究星系演化的各階段；觀察恒星及行星系統(tǒng)的形成；測定包括太陽系行星系統(tǒng)在內(nèi)的行星系統(tǒng)的物理、化學性質(zhì)，并研究其他行星系統(tǒng)存在生命的可能性。

　　自發(fā)射開始，韋布空間望遠鏡要在太空中進行為期約6個月的調(diào)試，包括展開遮陽板和鏡面、冷卻望遠鏡、校準設備等。預計韋布空間望遠鏡將于2022年6月底前正式“上崗”，開始收集第一組科學觀測數(shù)據(jù)。該望遠鏡計劃服役期限為5年，不過科學家樂觀地認為，它的服役期限有望延長至10年。