首页作家专区正文

全球最大望远镜即将完成:耗资百亿美元 或将揭开宇宙诞生秘密

作家专区2019-11-1147

詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 是NASA(美国航天局)、ESA(欧洲航天局)、CSA(加拿大航天局)联合研发的红外线观测用太空望远镜。关于这台望远镜的故事最早可以追溯到1996年,中国民众对JWST的了解源于90年代探索频道Discovery的纪录片哈勃空间望远镜,韦伯以哈勃的继任者身份出现在荧幕上。


一、20年磨一剑


1996年NASA向全国招标,最终TRW公司击败了的巨头洛克希德·马丁公司和美国鲍尔航空宇宙公司,拨得头筹成为了这款知名望远镜的承造商,至今为止已经23个年头。


韦伯空间望远镜以NASA第二任局长詹姆斯·韦伯的名字命名,原计划在2014年升空,韦伯空间望远镜的质量为6.2吨,约为其前任哈勃空间望远镜(11吨)的一半。主反射镜由铍制成,口径达到6.5米,直径是哈勃望远镜的2.7倍,面积为哈勃太空望远镜的7.3倍,灵敏度大大获得提升,综合能力超过哈勃望远镜一百倍。其镜面制造误差为原子尺度10纳米,为十个原子厚度,由于镜片面积过大,被设计为18面六边形镜片折叠设计,望远镜进入轨道后再进行展开。由于从发射到入轨要经历数周飞行,韦伯空间望远镜还必须承受剧烈的震动,期间哪怕进入一粒灰尘,都将导致入轨后展开时出现毁灭性精度误差,这对镜片精度和零件耐受性都有着极大考验。由于它的工作轨道位于日-地第二拉格朗日点,相对于地球的位置不变,而且是引力平衡点;在该点上,韦伯太空望远镜可以长时间对某个固定区域进行观测,不会像哈勃望远镜那样受到地球的遮挡。然而在该点,位于地球的半影区域,地球将遮挡绝大部分太阳光线,望远镜内部将处于-236℃(约37K)的工作环境。今年早些时候,韦伯空间望远镜刚刚接受并完成了热真空测试。科研人员们把韦伯望远镜的“航天器元件”锁定在一个特殊的热真空室内。测试团队把空气从中抽出,模拟空间真空环境,并将航天器元件暴露在从零下148°到零上102°的各种冷热温度中。这种温度变化可以确保航天器在极端环境下保存下来。


二、推迟发射的主要原因


1.投资空前巨大,技术复杂,精度要求极高。


这是迄今为止相当于最大天基天文台的太空望远镜,已经投资近100亿美元,花费了千万科学家、工程师二十多年的时光,是NASA航天史上最复杂最精密的设备,技术难点多,解决时间长,所以在验收上慎之又慎,必须确保所有细节万无一失。


2.四倍地月工作距离,出现疏漏一切将前功尽弃。


我们知道月球距离地球不过38.4万公里,而韦伯的工作轨道在150万公里的第二拉格朗日点,它将在4倍月球的距离工作,光电传播需要5秒,以目前的空间载人投递技术而言,出现问题无法派遣宇航员进行维护,所以对设备零件的可靠性要求极高,整个发射到入轨的流程必须做到完美无缺,任何细小的疏漏都会导致无法补救的措施,那么接近百亿美金巨资和20余年的努力都将打水漂。


所以韦伯空间望远镜在测试时一旦有风吹草动就会重新修正解决,必须延长发射时间。NASA曾先后发布了2014年、2018年10月、2019年3-6月、2020年、2021年的发射计划。作为哈勃望远镜的继任者,韦伯从研发到制造耗费了20余年时间并在不断攻关测试,可见其科学性、技术性和复杂性之高。


三、韦伯望远镜的任务


韦伯空间望远镜(JWST)是哈勃望远镜的继承者。JWST相比哈勃望远镜大大提高了分辨率和灵敏度,并且搭载了高敏度红外线传感器、光谱器等。除了观测太阳系内的行星,它将在天文学和宇宙学领域进行更广泛的探索,包括探索宇宙中一些更远的事件和物体,例如暗物质探测,大爆炸理论的残余红外线证据(宇宙微波背景辐射),观测已知宇宙的初期状态和第一次形成星系从而解开宇宙诞生的秘密。它的其他目标还包括理解恒星和行星的组成,以及对系外行星和新星的直接拍摄。同时韦伯也将在如今最炙手可热的类地行星探索上大展拳脚,韦伯空间望远镜


四、最新进展和发射时间


近日,NASA发布了詹姆斯·韦伯空间望远镜的组装视频,主镜体与仪器底座完成对接,此次对接在位于美国加利福尼亚州诺斯罗普·格鲁门军工生产厂完成。接下来,研发团队将为镜片安装上约网球场大小的遮阳板,遮阳板可让设备维持在零下220度低温,从而避免在太空中因红外辐射受损。NASA预计,韦伯空间望远镜最终将于2021年3月发射。


它是一台时光机,能够帮助我们更深入的了解宇宙诞生到演化的过程。它是一场技术革命,它有着从根本上重写我们教科书的潜力。它能帮助我们找到探索地外文明和寻找下一个“地球”。


综上所述,投资空前巨大,技术要求苛刻,工艺流程复杂,精度高,承担的任务非常重要,任务风险巨大的詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)项目是NASA乃至人类史上最复杂、最伟大的项目之一。我们始终坚信,等到韦伯空间望远镜真正服役,科学家们将获取更多的数据,从而进行更深层的研究和模拟,进一步窥探宇宙的秘密。


来源:Science科学


版权声明

本文仅代表作者观点,不代表本站立场。
本文系作者授权发表,未经许可,不得转载。

热门文章

热门标签