耗資96億美元!即將發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡到底有多強?

根據美國宇航局的消息,當地時間12月22日,他們的新一代觀測設備——詹姆斯·韋伯太空望遠鏡即將發射升空。這台萬眾矚目的望遠鏡,堪稱是人類史上最強大的望遠鏡。那麼,它到底有多厲害呢?它將發揮什麼樣的作用呢?今天咱們就來詳細聊一聊。

(圖片說明:詹姆斯·韋伯太空望遠鏡藝術圖)

早在1996年,著名的哈勃太空望遠鏡剛剛升空6年的時候,美國宇航局就已經開始籌畫新一代的太空望遠鏡了。最開始,它真的只是叫做新一代太空望遠鏡。後來,美國宇航局決定以該部門第二任局長詹姆斯·韋伯為其命名,簡稱JWST。

既然是新一代望遠鏡,自然觀測能力要比哈勃強得多。哈勃望遠鏡的口徑大約是2.4米,而JWST的口徑則達到了6.5米,是前者的近3倍。不過,它的主鏡並不是一塊完整的鏡面,而是由18塊六邊形的小鏡面拼接而成的。

(圖片說明:在JWST旁邊的工作人員顯得非常小)

科學家介紹,由于解析度足夠高,它甚至可以觀測到月球上的一隻蜜蜂!憑藉著諸多優勢,JWST的綜合觀測能力,將比哈勃提高100倍!

望遠鏡做大一點當然是好事,但對于人類的火箭發射能力來說也是一個巨大的挑戰。如果按照哈勃的模式造新一代望遠鏡,是無法發射升空的。科學家們苦思冥想,最終選擇用金屬鈹來打造這台望遠鏡,極大地降低了望遠鏡的質量。因此,雖然哈勃的重量達到了驚人的11噸,但體積更大的JWST卻只有差不多6.2噸。

(圖片說明:人類和JWST以及哈勃望遠鏡HST的對比)

鈹這種金屬不僅輕,而且還有許多其他優良的特性。它是電和熱的良性導體,沒有磁性,本身也非常堅固,在飛機或太空梭上就經常有它們發揮的空間。除此之外,鈹能夠在各種溫度下完好地保持自己的形狀,這對于JWST是一個非常重要的優勢。

對于JWST的天文觀測來說,溫度是一個非常關鍵的參數,而它所處的環境,溫度又比較複雜。在朝向太陽的一側,溫度可能會高達110℃;而背向太陽的一面,則要達到不足-200℃的極低溫環境。JWST需要極寒的溫度才能保證觀測質量,所以它還配備了一個耗資100萬、總共5層、和網球場差不多大的遮陽罩,遮罩掉太陽光。

(圖片說明:JWST需要巨大的遮陽罩)

和現在其他太空望遠鏡繞地球公轉不同,JWST是繞著太陽公轉的。在發射升空後,它會被放置在距離地球150萬公里的第二拉格朗日點上。這是由著名數學家歐拉日計算出來的一個位置,在這裡JWST不需要借助任何動力就能夠和地球公轉軌道達成一致,一起繞太陽公轉。

之所以被放在這裡,是因為JWST需要遮罩來自太陽的輻射,才能更好地進行觀測。但這也帶來了另一個問題,那就是人類不可能對它進行維護,所以美國宇航局才對它尤其謹慎,準備了這麼多年,甚至一次又一次地拖延了發射時間。

根據最初的計畫,JWST應該在2007年發射升空。不過後來,由于預算不足、設備問題等諸多原因,它的發射被一拖再拖,一下子拖了7年。所以國內有人給了它一個綽號:鴿王。

甚至就在發射前一個月,JWST再一次放鴿子。因為望遠鏡和運載火箭連接的設備意外鬆開,導致望遠鏡「虎軀一震」,美國宇航局不得不臨時再次檢測望遠鏡是否有設備受損。所幸沒有出現意外,望遠鏡的發射時間只是從12月18日推遲到12月22日。

由于發射時間一拖再拖,JWST的成本也不斷水漲船高。根據最初的預測,這個專案耗資是5億美元。隨著發射時間不斷推遲,相關維護的成本也越來越高,再加上通貨膨脹的因素,目前預計這個項目的耗資將超過96億美元!好在這一次真的要發射了,否則這台望遠鏡放在無塵室,每天就要再多花不少錢……

(圖片說明:實驗室中的JWST)

苦等了25年,如今只剩下1星期的時間就要發射了,想想還真是令人激動。JWST對于全人類的天文學研究和發展都具有至關重要的意義,是人類共同的進步階梯,期待它能夠給我們帶來更多宇宙的消息。

目前,JWST已經在法屬圭亞那的庫魯航太發射中心蓄勢待發,即將乘坐阿麗亞娜5型運載火箭離開地球,大顯神威。由于望遠鏡本身口徑太大,所以必須要折疊之後才能放進整流罩裡,在進入太空後再進行打開。

即使是再強大的望遠鏡,也有自己擅長和不擅長的觀測方面。那麼,JWST將在哪些方面探索宇宙呢?根據美國宇航局的介紹,它的優勢能夠在以下幾個方面進行宇宙探測——

首先就是遠,它的強大觀測能力足以看到130億光年以外的宇宙,也就是看到宇宙在130億年前的模樣。根據目前的研究,宇宙誕生至今約138億年,這意味著它可以看到大爆炸後僅僅8億年的宇宙,對于我們了解宇宙歷史有著重要的意義;

(圖片說明:JWST可以觀測到遙遠的宇宙)

其次就是對系外行星的觀測,JWST具有強大的光譜觀測能力,可以觀測到遙遠的系外行星的大氣中含有哪些成分,幫助我們推測其表面環境和宜居性,這是哈勃望遠鏡所做不到的。在JWST主鏡的最外側,科學家還塗有一層黃金,使它可以更好地反射紅外線。這兩個任務,就會占到JWST50%的工作時間;

它具有強大的紅外觀測能力,這使得它可以穿透重重迷霧,觀測到隱藏著的宇宙天體;除此之外,科學家還計畫利用它觀測太陽系內的天體,比如火星和木星的衛星木衛二等等。

可以說,從被提出概念的那天起,JWST就被人類寄予厚望,相關研究也被不斷提出。尤其在最近幾年,隨著這台望遠鏡的發射日期不斷接近,天文學家們不僅研究了很多指導該望遠鏡進行觀測的方向,也排著隊等機會使用它進行自己的研究。

(圖片說明:JWST還能探測太陽系天體)

雖然這個專案耗資已經接近100億美元,但如果能夠破解宇宙中的諸多謎題,還是值得的。畢竟,能用錢解決的事,那都不叫事。宇宙中那些即使花錢都解決不了的謎題,才真的令人頭疼……

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