史上最强大的望远镜!关于JWST,你应该知道哪些知识?

根据美国宇航局的消息,当地时间12月22日,他们的新一代观测设备——詹姆斯·韦伯太空望远镜即将发射升空。这台万众瞩目的望远镜,堪称是人类史上最强大的望远镜。那么,它到底有多厉害呢?它将发挥什么样的作用呢?今天咱们就来详细聊一聊。

史上最强大的望远镜!关于JWST,你应该知道哪些知识?

(图片说明:詹姆斯·韦伯太空望远镜艺术图)

早在1996年,著名的哈勃太空望远镜刚刚升空6年的时候,美国宇航局就已经开始筹划新一代的太空望远镜了。最开始,它真的只是叫做新一代太空望远镜。后来,美国宇航局决定以该部门第二任局长詹姆斯·韦伯为其命名,简称JWST。

既然是新一代望远镜,自然观测能力要比哈勃强得多。哈勃望远镜的口径大约是2.4米,而JWST的口径则达到了6.5米,是前者的近3倍。不过,它的主镜并不是一块完整的镜面,而是由18块六边形的小镜面拼接而成的。

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(图片说明:在JWST旁边的工作人员显得非常小)

科学家介绍,由于分辨率足够高,它甚至可以观测到月球上的一只蜜蜂!凭借着诸多优势,JWST的综合观测能力,将比哈勃提高100倍!

望远镜做大一点当然是好事,但对于人类的火箭发射能力来说也是一个巨大的挑战。如果按照哈勃的模式造新一代望远镜,是无法发射升空的。科学家们苦思冥想,最终选择用金属铍来打造这台望远镜,极大地降低了望远镜的质量。因此,虽然哈勃的重量达到了惊人的11吨,但体积更大的JWST却只有差不多6.2吨。

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(图片说明:人类和JWST以及哈勃望远镜HST的对比)

铍这种金属不仅轻,而且还有许多其他优良的特性。它是电和热的良性导体,没有磁性,本身也非常坚固,在飞机或航天飞机上就经常有它们发挥的空间。除此之外,铍能够在各种温度下完好地保持自己的形状,这对于JWST是一个非常重要的优势。

对于JWST的天文观测来说,温度是一个非常关键的参数,而它所处的环境,温度又比较复杂。在朝向太阳的一侧,温度可能会高达110℃;而背向太阳的一面,则要达到不足-200℃的极低温环境。JWST需要极寒的温度才能保证观测质量,所以它还配备了一个耗资100万、总共5层、和网球场差不多大的遮阳罩,屏蔽掉太阳光。

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(图片说明:JWST需要巨大的遮阳罩)

和现在其他太空望远镜绕地球公转不同,JWST是绕着太阳公转的。在发射升空后,它会被放置在距离地球150万公里的第二拉格朗日点上。这是由著名数学家欧拉日计算出来的一个位置,在这里JWST不需要借助任何动力就能够和地球公转轨道达成一致,一起绕太阳公转。

之所以被放在这里,是因为JWST需要屏蔽来自太阳的辐射,才能更好地进行观测。但这也带来了另一个问题,那就是人类不可能对它进行维护,所以美国宇航局才对它尤其谨慎,准备了这么多年,甚至一次又一次地拖延了发射时间。

根据最初的计划,JWST应该在2007年发射升空。不过后来,由于预算不足、设备问题等诸多原因,它的发射被一拖再拖,一下子拖了7年。所以国内有人给了它一个绰号:鸽王。

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甚至就在发射前一个月,JWST再一次放鸽子。因为望远镜和运载火箭连接的设备意外松开,导致望远镜“虎躯一震”,美国宇航局不得不临时再次检测望远镜是否有设备受损。所幸没有出现意外,望远镜的发射时间只是从12月18日推迟到12月22日。

由于发射时间一拖再拖,JWST的成本也不断水涨船高。根据最初的预测,这个项目耗资是5亿美元。随着发射时间不断推迟,相关维护的成本也越来越高,再加上通货膨胀的因素,目前预计这个项目的耗资将超过96亿美元!好在这一次真的要发射了,否则这台望远镜放在无尘室,每天就要再多花不少钱……

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(图片说明:实验室中的JWST)

苦等了25年,如今只剩下1星期的时间就要发射了,想想还真是令人激动。JWST对于全人类的天文学研究和发展都具有至关重要的意义,是人类共同的进步阶梯,期待它能够给我们带来更多宇宙的消息。

目前,JWST已经在法属圭亚那的库鲁航天发射中心蓄势待发,即将乘坐阿丽亚娜5型运载火箭离开地球,大显神威。由于望远镜本身口径太大,所以必须要折叠之后才能放进整流罩里,在进入太空后再进行打开。

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(图片说明:JWST折叠示意图)

即使是再强大的望远镜,也有自己擅长和不擅长的观测方面。那么,JWST将在哪些方面探索宇宙呢?根据美国宇航局的介绍,它的优势能够在以下几个方面进行宇宙探测——

首先就是远,它的强大观测能力足以看到130亿光年以外的宇宙,也就是看到宇宙在130亿年前的模样。根据目前的研究,宇宙诞生至今约138亿年,这意味着它可以看到大爆炸后仅仅8亿年的宇宙,对于我们了解宇宙历史有着重要的意义;

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(图片说明:JWST可以观测到遥远的宇宙)

其次就是对系外行星的观测,JWST具有强大的光谱观测能力,可以观测到遥远的系外行星的大气中含有哪些成分,帮助我们推测其表面环境和宜居性,这是哈勃望远镜所做不到的。在JWST主镜的最外侧,科学家还涂有一层黄金,使它可以更好地反射红外线。这两个任务,就会占到JWST50%的工作时间;

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它具有强大的红外观测能力,这使得它可以穿透重重迷雾,观测到隐藏着的宇宙天体;除此之外,科学家还计划利用它观测太阳系内的天体,比如火星和木星的卫星木卫二等等。

可以说,从被提出概念的那天起,JWST就被人类寄予厚望,相关研究也被不断提出。尤其在最近几年,随着这台望远镜的发射日期不断接近,天文学家们不仅研究了很多指导该望远镜进行观测的方向,也排着队等机会使用它进行自己的研究。

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(图片说明:JWST还能探测太阳系天体)

虽然这个项目耗资已经接近100亿美元,但如果能够破解宇宙中的诸多谜题,还是值得的。毕竟,能用钱解决的事,那都不叫事。宇宙中那些即使花钱都解决不了的谜题,才真的令人头疼……