今晚8點(diǎn)20分，一份絕佳的圣誕禮物正在發(fā)送給全球的航天愛(ài)好者們—— 有史以來(lái)人類建造的最偉大的太空望遠(yuǎn)鏡——詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）被折疊阿麗亞娜5號(hào)火箭的尖端，從南美洲北部的法屬圭亞那的庫(kù)魯航天中心 發(fā)射，正式開(kāi)啟探索宇宙起源奧秘和系外行星的使命。

作為迄今為止規(guī)模最大、最復(fù)雜、最具挑戰(zhàn)性的太空望遠(yuǎn)鏡，韋伯望遠(yuǎn)鏡可以說(shuō)是 人類制造史上最復(fù)雜的物體之一，而被科學(xué)家們給予厚望，被視為 與阿波羅計(jì)劃、國(guó)際空間站、哈勃望遠(yuǎn)鏡同等重要的科研任務(wù)。正因?yàn)槠渲匾?，它耗資百億美金、“鴿”了十余年之久。

31年前，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡從美國(guó)肯尼迪航天中心發(fā)射，此后不斷將浩瀚的宇宙圖景傳回地球，從根本上改變著我們對(duì)宇宙的認(rèn)知。 而 韋伯太空望遠(yuǎn)鏡則被視為哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的完美“繼任者”。它的主鏡由18塊鍍金的鈹片組成，直徑幾乎是哈勃主鏡的三倍，并能夠用紅外線觀測(cè)宇宙，彌補(bǔ)了哈勃的不足。

它可以回溯時(shí)間，去觀測(cè)宇宙大爆炸后形成的第一個(gè)星系，去看圍繞著恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星之上的大氣。它將采用最先進(jìn)科技來(lái)解答人們對(duì)宇宙最根本的問(wèn)題，帶我們?nèi)タ从钪娴拿利惡蜕衩兀私馕覀冊(cè)谟钪嬷惺窃鯓拥拇嬖凇?/p>

金光閃閃的韋伯望遠(yuǎn)鏡

據(jù)NASA稱，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將會(huì)是“吞噬天文學(xué)的望遠(yuǎn)鏡”， 或?qū)⒁龑?dǎo)我們進(jìn)入一個(gè)全新的天文學(xué)時(shí)代，回答我們沒(méi)想象過(guò)要問(wèn)的問(wèn)題。那么，韋伯望遠(yuǎn)鏡“鴿”了這么多年有何原因？研制和發(fā)射過(guò)程中有多困難？對(duì)人類的空間探索歷史有何意義？以下，Enjoy：

百億美金的哈勃“繼任者”

韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的研制和發(fā)射過(guò)程可謂命途多舛，也因此在被譽(yù)為天文學(xué)領(lǐng)域的“鴿王之王”，吊足了每位科研人員與天文愛(ài)好者的胃口。

為尋找哈勃太空望遠(yuǎn)鏡結(jié)束觀測(cè)后的“繼任者”， 從1996年開(kāi)始，NASA就邀請(qǐng)各大公司來(lái)參與投標(biāo)這種復(fù)雜的“下一代太空望遠(yuǎn)鏡”研制。經(jīng)過(guò)激烈角逐，TRW公司于2002年獲得了NASA授予的8.25億美元的合同，建造韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，這臺(tái)跨時(shí)代超級(jí)空間觀測(cè)設(shè)備的研制就此正式啟動(dòng)。

之所以命名為韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，是為了紀(jì)念NASA第二任局長(zhǎng)詹姆斯·埃德溫·韋伯（Edwin Webb），他曾領(lǐng)導(dǎo)美國(guó)阿波羅登月計(jì)劃取得了卓越的成就。

詹姆斯·埃德溫·韋伯（James Edwin Webb） 圖：維基百科

根據(jù)最初設(shè)想，韋伯望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射時(shí)間在2007年，但隨即就被推遲了。哈勃望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃于2010年被航天飛機(jī)帶回地面，“繼任者”韋伯望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射時(shí)間也被定在2010年左右。但后來(lái)由于TRW公司被收購(gòu)、項(xiàng)目超支、新冠疫情等種種因素， 韋伯望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射時(shí)間也從2007年，到2010年，再到2018、2020年，一拖再拖到今年。

作為美國(guó)宇航局、歐洲航天局和加拿大航天局的聯(lián)合項(xiàng)目，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在發(fā)射前經(jīng)歷了一段輾轉(zhuǎn)多地的超長(zhǎng)途旅程——它的組裝于2013年在馬里蘭州開(kāi)始，2017年又到得克薩斯州繼續(xù)進(jìn)行低溫測(cè)試，2018年起則被運(yùn)送到NASA的戈達(dá)德太空飛行中心。直到今年9月24日，它被運(yùn)送到港口，經(jīng)過(guò)16天、9300公里的海洋之旅到達(dá)法屬圭亞那的發(fā)射中心。

圖：韋伯望遠(yuǎn)鏡“開(kāi)箱”現(xiàn)場(chǎng)

即使在發(fā)射前夕，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡依舊將“鴿王本色”發(fā)揚(yáng)到底。11月22日，NASA發(fā)布消息稱，由于在與運(yùn)載火箭的連接過(guò)程中有一條夾帶意外松開(kāi)，導(dǎo)致整個(gè)望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)生了震動(dòng)，原定于12月18日的發(fā)射時(shí)間被再度推遲到12月22日。

圖：韋伯被立起做發(fā)射前各項(xiàng)測(cè)試準(zhǔn)備

NASA最后確定韋伯浪漫的發(fā)射時(shí)間為 圣誕節(jié)20點(diǎn)20分（北京時(shí)間）， 作為一份圣誕禮物送給所有為這個(gè)項(xiàng)目付出過(guò)的科學(xué)家和全球的天文愛(ài)好者們。

由于韋伯望遠(yuǎn)鏡的項(xiàng)目周期過(guò)長(zhǎng)，參與人數(shù)眾多，美國(guó)科學(xué)界甚至還流傳著一種說(shuō)法——“每個(gè)科學(xué)界的人都應(yīng)該至少有一位親戚朋友參加過(guò)這個(gè)項(xiàng)目”。某種程度上，這個(gè)項(xiàng)目的重要程度可謂當(dāng)今“阿波羅計(jì)劃”。

對(duì)于這項(xiàng)史上難度最大的太空望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目而言， “一鴿再鴿”也直接導(dǎo)致了該項(xiàng)目的研發(fā)費(fèi)用不斷飆升。2011年，該項(xiàng)目甚至還因造價(jià)高昂，差點(diǎn)被國(guó)會(huì)投票取消。到2018年，NASA已在此項(xiàng)目上花費(fèi)了73億美元，即將達(dá)到美國(guó)國(guó)會(huì)的80億美元預(yù)算上限，美國(guó)國(guó)會(huì)還因此組建了獨(dú)立調(diào)查委員會(huì)（IRB）以監(jiān)督整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)展。

盡管如此， 至今該項(xiàng)目已耗資超過(guò)100億美元，其中NASA承擔(dān)了約97億美元的費(fèi)用。而歐洲航天局為韋伯提供儀器硬件和運(yùn)載火箭，加拿大為天文臺(tái)建造了精密的制導(dǎo)傳感器和攝譜儀。

盡管困難重重，但去遙遠(yuǎn)太空發(fā)射望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)勢(shì)卻不可取代。首先，太空望遠(yuǎn)鏡 不受大氣窗口的限制，而在地球上，豐富的大氣層會(huì)完全阻止伽馬射線、X射線和紫外波段的電磁波通過(guò)。其次，太空中 沒(méi)有光污染，也 不受天氣變化的影響。另外，太空望遠(yuǎn)鏡可以 不受日夜交替的干擾， 有效觀測(cè)時(shí)間得到大幅提升，有助于天文學(xué)家開(kāi)展更多研究。

與哈勃望遠(yuǎn)鏡相比，韋伯望遠(yuǎn)鏡具有兩大特點(diǎn)：

其一是 巨大的體積，直徑21.3英尺的主鏡使其成為人類歷史上看得最遠(yuǎn)的望遠(yuǎn)鏡。

普通人與哈勃、韋伯的主鏡大小對(duì)比

其二是 強(qiáng)大的紅外線觀測(cè)功能，韋伯望遠(yuǎn)鏡將是太空中唯一一臺(tái)可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離觀測(cè)的紅外線望遠(yuǎn)鏡，能夠看到更多過(guò)去觀測(cè)不到之處，成為我們“全新的眼睛”。

圖：強(qiáng)大紅外功能作用下的對(duì)比示意圖

韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造有多精妙？

韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的外形與我們想象的望遠(yuǎn)鏡完全不同，既不像當(dāng)年伽利略用過(guò)的那款，也不像哈勃望遠(yuǎn)鏡。它 有著巨大的六邊形主鏡，由18塊小六邊形組成，用來(lái)收集來(lái)自遙遠(yuǎn)星系的光。

主要的光學(xué)結(jié)構(gòu)采用了“ 三反射鏡消像散系統(tǒng)（Three-mirror anastigmat）”，光在到達(dá)拍攝的傳感器前會(huì)經(jīng)過(guò)三次反射，每次反射都有特定的目的。

第一塊主鏡需要足夠大，像水桶一樣把來(lái)自宇宙的盡可能多的光收集起來(lái)并匯聚到一塊很小的 二級(jí)鏡面上。所有的光會(huì)經(jīng)過(guò) 三級(jí)鏡面的反射到最后的 微調(diào)鏡上。這塊微調(diào)鏡會(huì)補(bǔ)償航天器移動(dòng)帶來(lái)的誤差，其功能可以理解為相機(jī)的穩(wěn)定器。 經(jīng)過(guò)這一系列光學(xué)組件后，光就到了最后成像之處了↓

圖源: Smarter Every Day

韋伯望遠(yuǎn)鏡的4塊鏡面

其中，由18塊小鏡子組成的主鏡為最難建造的部分，需要在望遠(yuǎn)鏡被發(fā)射到太空之后才能調(diào)整到正確的位置。 主鏡選用鈹來(lái)制造，比鋼強(qiáng)六倍，但只有鋁的三分之一密度，輕且堅(jiān)硬，在低溫下也不會(huì)變形。每塊小六邊形鏡面都 輕到可以用手就提起來(lái)。 但鈹又無(wú)法很好地反射光線，所以又將鏡子涂上了金。

鏡面的后面是設(shè)備組件，里面有相機(jī)和光譜儀，研發(fā)團(tuán)隊(duì)為此投入了非常多的心血?？茖W(xué)家們使用了兩種重要材料—— 碲鎘汞、摻砷硅，讓檢測(cè)器有了更高的靈敏度，可覆蓋頻段從0.6到28微米。而 光譜儀能夠探測(cè)到星光中的各種顏色的分量。

整個(gè)望遠(yuǎn)鏡最吸睛的部分是巨大的“遮陽(yáng)罩”，它由五層鍍有金屬的塑料膜組成， 面積約為8900平方英尺，相當(dāng)于三五個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)的大小。在它的反射下，當(dāng)太陽(yáng)光照過(guò)來(lái)時(shí)，只有極少數(shù)的熱量會(huì)滲透過(guò)來(lái)， 保障望遠(yuǎn)鏡能在持續(xù)低溫的穩(wěn)定狀態(tài)下工作。

望遠(yuǎn)鏡必須非常冷，要在-400華氏度（-240攝氏度）下運(yùn)行，以防止其自身發(fā)出的紅外線對(duì)觀測(cè)造成影響。在遙遠(yuǎn)的太空，要維持望遠(yuǎn)鏡的長(zhǎng)期工作，液態(tài)冷卻劑、制冷機(jī)都不可能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，只能靠這塊巨大的“遮陽(yáng)罩”為望遠(yuǎn)鏡營(yíng)造出持續(xù)的夜晚環(huán)境。

這就像給望遠(yuǎn)鏡涂了120萬(wàn)SPF的防曬霜，遮陽(yáng)板一側(cè)是200華氏度，另一側(cè)是-400華氏度。在較為穩(wěn)定的低溫環(huán)境下，太空望遠(yuǎn)鏡才能正式開(kāi)始工作。

遮陽(yáng)罩這一側(cè)有元件艙、供電部分、發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料罐、無(wú)線電收發(fā)裝置和計(jì)算機(jī)等基礎(chǔ)零部件，以及固定航天器姿態(tài)的動(dòng)量輪。 控制幾個(gè)不同方向的動(dòng)量輪旋轉(zhuǎn)的加速減速，就能把來(lái)自太陽(yáng)的角動(dòng)量傳遞給整個(gè)望遠(yuǎn)鏡，組合起來(lái)最終能夠 精確控制整個(gè)航天器的指向。

在軌道的選取上，科學(xué)家也充分考慮到了天體的熱量，因此選擇了第二拉格朗日點(diǎn)暈軌道——這是唯一能只用單側(cè)遮陽(yáng)罩就可阻擋來(lái)自太陽(yáng)等天體熱量的軌道。

根據(jù)天體力學(xué)解釋，任何“雙星系統(tǒng)”都有五個(gè)拉格朗日點(diǎn)。除了兩個(gè)點(diǎn)之外，另三個(gè)的拉格朗日點(diǎn)不很穩(wěn)定，位于其他拉格朗日點(diǎn)上的小天體，稍受擾動(dòng)就會(huì)離開(kāi)它位置。由于韋伯望遠(yuǎn)鏡還會(huì)被地球月球反射的熱量所影響，所以第二拉格朗日點(diǎn)（下圖的L2）是最理想的位置。

屆時(shí)，韋伯望遠(yuǎn)鏡（JWST）將會(huì)繞著第二拉格朗日點(diǎn)（L2點(diǎn)）公轉(zhuǎn)，并依靠太陽(yáng)能為觀測(cè)平臺(tái)供電。

為了將韋伯望遠(yuǎn)鏡成功發(fā)射到指定位置，幾乎所有的部件都要折疊起來(lái)，同時(shí)還要能在正確的時(shí)間在外太空展開(kāi)。盡管直到最后一刻都無(wú)法保障萬(wàn)無(wú)一失，但科學(xué)家們依舊為此做出了一切能夠做的準(zhǔn)備。

首先，所有能夠備份的零件都制造了兩份，以便壞了隨時(shí)替換。其次，在制造過(guò)程中該項(xiàng)目要進(jìn)行無(wú)數(shù)次測(cè)試，包括破壞性測(cè)試和非破壞性測(cè)試，例如，所有的零部件都需要經(jīng)過(guò)真空測(cè)試。同時(shí)，還要應(yīng)對(duì)來(lái)自同行的審查小組的檢查。

為了避免阿麗亞娜火箭發(fā)射過(guò)程對(duì)望遠(yuǎn)鏡的損害，還要進(jìn)行反復(fù)的振動(dòng)測(cè)試和噪音測(cè)試。

讓巨大的“折紙”飛天有多難？

近二十年來(lái)，數(shù)百億美金、萬(wàn)名工作人員的努力傾注于這臺(tái)偉大的太空望遠(yuǎn)鏡。一旦發(fā)射，留給韋伯的機(jī)會(huì)只有一次。

據(jù)工程師介紹，韋伯望遠(yuǎn)鏡上有300個(gè)獨(dú)立故障點(diǎn)，都必須正常無(wú)誤地進(jìn)行工作。在距離地球上百萬(wàn)英里的外太空，就算出現(xiàn)故障也不可能派人上去維修。

任何去太空的物體，都離不開(kāi)火箭的運(yùn)輸。 負(fù)責(zé)執(zhí)行此次發(fā)射任務(wù)的是歐洲航天局的阿麗亞娜5號(hào)火箭，這是目前世界上最強(qiáng)大的火箭之一。

裝載韋伯望遠(yuǎn)鏡的阿麗亞娜火箭

為滿足直徑只有5.4米的整流罩的大小，巨大的韋伯望遠(yuǎn)鏡必須像“折紙”一樣被折疊放入整流罩。

而如何在太空中展開(kāi)，則是這項(xiàng)任務(wù)中更具挑戰(zhàn)的部分。

在火箭發(fā)射的8分鐘轟鳴聲中，韋伯望遠(yuǎn)鏡將進(jìn)入太空，接受著劇烈的震蕩與搖晃考驗(yàn)。一旦進(jìn)入太空，便無(wú)人可以修理。

進(jìn)入太空后，韋伯望遠(yuǎn)鏡需要用至少兩周的時(shí)間來(lái)完成全部部署。發(fā)射后的兩周為一個(gè)關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)。完成韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的部署約有50個(gè)步驟，178個(gè)釋放機(jī)械，它們其中的任意一個(gè)都必須要正常工作。

展開(kāi)韋伯望遠(yuǎn)鏡是航天科學(xué)家們做過(guò)的最復(fù)雜的航天器動(dòng)作。如果成功，韋伯將是推動(dòng)工程學(xué)進(jìn)入新領(lǐng)域的完美案例。

發(fā)射后不久，韋伯望遠(yuǎn)鏡的太陽(yáng)能電池板將被展開(kāi)用以供電。約2小時(shí)后，韋伯望遠(yuǎn)鏡將打開(kāi)高增益天線用于通訊。約12小時(shí)后，有一個(gè)重要的引擎點(diǎn)火，將韋伯送上正確軌道，飛向目的軌道。2.7天后，韋伯望遠(yuǎn)鏡將放下遮陽(yáng)板托板，然后升起主鏡和儀器，使其遠(yuǎn)離遮陽(yáng)板。

韋伯望遠(yuǎn)鏡的龐大遮陽(yáng)板組件上有140個(gè)釋放機(jī)構(gòu)，約70個(gè)鉸鏈組件，8個(gè)部署電機(jī)，大量的軸承、彈簧和齒輪，約400個(gè)滑輪，以及總長(zhǎng)1312英尺的90條電纜。

首先，會(huì)松開(kāi)韋伯遮陽(yáng)板的保護(hù)層。然后，釋放核心區(qū)的保護(hù)層。最關(guān)鍵的是，所有107個(gè)遮陽(yáng)板的釋放裝置都必須按順序開(kāi)啟，放開(kāi)五層遮陽(yáng)板使其沿中軸線展開(kāi)。

隨著遮陽(yáng)板的完全展開(kāi)，韋伯望遠(yuǎn)鏡開(kāi)始設(shè)置光學(xué)元件。先是把副鏡展開(kāi)并鎖定到位，然后打開(kāi)背后一個(gè)特殊的防輻射器以進(jìn)一步降低科學(xué)儀器的溫度。最后，打開(kāi)主鏡側(cè)翼并將其鎖定到位。

到這一步，大概已經(jīng)是韋伯望遠(yuǎn)鏡發(fā)射的第29天了，但一切還沒(méi)完成。

未來(lái)，科學(xué)家們還將通過(guò)精細(xì)的調(diào)整布局，形成一個(gè)完美的太空望遠(yuǎn)鏡，開(kāi)啟宇宙探索之旅。幸運(yùn)的話，我們將在六個(gè)月后看到由韋伯傳來(lái)的第一批圖像。

史無(wú)前例的宇宙探索“時(shí)光機(jī)”

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的成功運(yùn)行，從很多角度上徹底改變了我們對(duì)太空的了解，但已經(jīng)在太空飛了31年的哈勃望遠(yuǎn)鏡亦存在著許多作為光學(xué)儀器的局限性，并且其精確度和靈敏度也難以滿足我們對(duì)太空的進(jìn)一步探索要求。

而韋伯太空望遠(yuǎn)鏡一旦能夠成功啟用，將會(huì)是史無(wú)前例的宇宙“時(shí)光機(jī)”，帶我們看到大約70億-130億年前的宇宙樣貌，幾乎在“宇宙大爆炸”的同期。

該項(xiàng)目的科研負(fù)責(zé)人約翰·馬瑟（John Mather）曾在采訪中介紹過(guò)韋伯望遠(yuǎn)鏡的四大主要目標(biāo)：

首先，它將嘗試觀測(cè)“大爆炸”后出現(xiàn)的第一批天體，例如星系、黑洞和超新星；其次，它將觀測(cè)星系是如何隨著時(shí)間推移而成長(zhǎng)的，那可能是經(jīng)過(guò)了許多小型天體的聚攏和融合；第三，它將觀測(cè)恒星和行星系統(tǒng)是如何在氣體塵埃云內(nèi)部形成的；最后，它將觀測(cè)其他恒星周圍的行星以及我們身處的太陽(yáng)系本身，以了解這些天體系統(tǒng)隨著時(shí)間推移是如何成長(zhǎng)和變化的，并幫助了解地球是如何具備存在生命的條件的。

▌了解早期星系形成的“時(shí)光機(jī)”

之所以稱太空望遠(yuǎn)鏡為“時(shí)光機(jī)”，是因?yàn)楫?dāng)我們觀察到遙遠(yuǎn)的星系時(shí)，并非是其最近的狀態(tài)。以光年為單位的距離，是從該星系發(fā)出的光到達(dá)地球所需要的年數(shù)。例如，當(dāng)一個(gè)物體離地球?yàn)橐蝗f(wàn)光年，那么光到達(dá)地球就需要一萬(wàn)年。天文學(xué)家凝視的空間越遠(yuǎn)，觀察到的時(shí)間就越久遠(yuǎn)。

目前已知， 離我們最近的星系是大犬座矮星系，距離我們2.5萬(wàn)光年，這意味著我們看到的大犬星座其實(shí)是它在2.5萬(wàn)年前的樣子。韋伯可以定位人類發(fā)現(xiàn)的看起來(lái)最年輕的星系。為了理解星系的形成，科學(xué)家們將研究多個(gè)處于不同成長(zhǎng)階段的星系，并拼湊出它們的進(jìn)化時(shí)間線。

與哈勃相比，韋伯望遠(yuǎn)鏡有15倍大的視場(chǎng)，能夠捕獲6倍多的光。由于不斷膨脹的宇宙會(huì)把來(lái)自遙遠(yuǎn)星系的光散發(fā)出去，當(dāng)光到達(dá)我們的望遠(yuǎn)鏡時(shí)，它的原始波長(zhǎng)將從可見(jiàn)或紫外變成紅外，發(fā)生所謂的 “紅移”現(xiàn)象。

紅外線是探索宇宙遠(yuǎn)古歷史的強(qiáng)大工具，而 捕捉紅外信號(hào)正是韋伯的專長(zhǎng)，這將使我們了解宇宙的黑暗時(shí)代和早期信息是如何形成的。

在過(guò)去太空望遠(yuǎn)鏡的基礎(chǔ)上，韋伯將會(huì)在 深入太空和 回望太空方面有更多突破，可以觀察到處在成長(zhǎng)中的遙遠(yuǎn)星系。

▌探測(cè)其他星系上可能存在生命的化學(xué)特征

自人類1992年首次發(fā)現(xiàn)系外行星以來(lái)，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)千星系，但我們對(duì)其的了解僅停留在“有存在”的了解階段。地球上的望遠(yuǎn)鏡由于受到地球大氣影響，很難收到來(lái)自深空的微弱信號(hào)。哈勃望遠(yuǎn)鏡也很難做到紅外光譜分析。

而韋伯望遠(yuǎn)鏡，將 在研究系外星系的大氣層過(guò)程 中扮演重要角色 ， 將會(huì)是第一個(gè)探測(cè)最遙遠(yuǎn)星系生命的望遠(yuǎn)鏡。

在光線充足的情況下，韋伯望遠(yuǎn)鏡可以 利用凌日光譜學(xué)來(lái)測(cè)量系外行星的大氣。韋伯能夠觀測(cè)到圍繞類太陽(yáng)恒星運(yùn)行的小型海王星，以及圍繞紅矮星運(yùn)行的地球般大小的世界。

若地球外存在生命，將留下獨(dú)特的化學(xué)痕跡，例如呼吸二氧化碳和光合作用氧氣。通過(guò)分析一顆行星大氣中的分子，不僅可以讓科學(xué)家尋找其他星球上可能存在的生命，還可以評(píng)估一顆行星的宜居性。 韋伯可以用探測(cè)紅外波長(zhǎng)來(lái)識(shí)別系外行星大氣中的水和甲烷等。韋伯配備了兩種儀器可以 讓科學(xué)家破譯來(lái)自太陽(yáng)系以外的其他星系的紅外傳輸波長(zhǎng)。

當(dāng)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)某顆恒星時(shí)，如果有系外行星“搶鏡頭”，恒星光的某些能量會(huì)下降，這與系外行星的大氣化學(xué)物質(zhì)相對(duì)應(yīng)。 如果韋伯望遠(yuǎn)鏡碰巧在正確的時(shí)間觀察正確的恒星，那么它可以通過(guò)分析恒星光中的光點(diǎn)，來(lái)分析該恒星的行星大氣化學(xué)組成。

▌?dòng)^看第一批恒星的誕生

最初的恒星應(yīng)該完全由氫和氦組成。歸功于韋伯在紅外波長(zhǎng)下識(shí)別昏暗的遙遠(yuǎn)物體的能力， 韋伯應(yīng)該能找到絕對(duì)純凈的恒星。

從過(guò)去那些令人驚嘆的照片可知，恒星的誕生地滿是塵埃。但當(dāng)科學(xué)家用可見(jiàn)光觀察這些云團(tuán)時(shí)，塵埃卻阻擋著他們深入云層的中心一探究竟。幸運(yùn)的是，來(lái)自恒星的紅外光可能會(huì)穿透塵埃，提供一種觀測(cè)的可能。

韋伯更寬的紅外范圍將使科學(xué)家能夠更深入地觀察塵埃。這次，科學(xué)家們或許能夠穿越塵埃，觀測(cè)那些年輕的恒星是如何從最密集的塵埃裂縫中升起，甚至從高精度細(xì)節(jié)辨認(rèn)出這些尚在誕生中的新星。我們將能夠觀測(cè)到宇宙中形成的一些以前從未見(jiàn)過(guò)的最早星系。

這對(duì)于我們了解 塵埃是如何形成恒星的、恒星為何會(huì)以星團(tuán)形式等問(wèn)題，將帶來(lái)巨大改變。

▌了解有關(guān)黑洞的更多信息

根據(jù)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論，當(dāng)一顆垂死恒星崩潰，它將向中心塌縮，那里將成為黑洞，吞噬鄰近宇宙區(qū)域的所有光線和任何物質(zhì)。

包括光在內(nèi)，沒(méi)有任何東西可以逃離黑洞。因此從技術(shù)上而言，黑洞并不可見(jiàn)。但有大量的可見(jiàn)物質(zhì)圍繞著黑洞運(yùn)動(dòng)，包括恒星、塵埃和整個(gè)星系。科學(xué)家們只能通過(guò)觀察這些來(lái)研究黑洞。

過(guò)去，科學(xué)家們?cè)褂肵射線望遠(yuǎn)鏡來(lái)研究黑洞的物理特點(diǎn)。這些望遠(yuǎn)鏡觀察的是溫度高達(dá)數(shù)百萬(wàn)度且足以產(chǎn)生X射線的現(xiàn)象，比如恒星在太靠近黑洞時(shí)被猛烈地撕碎等。而 韋伯的紅外儀器將幫助科學(xué)家觀察黑洞陰影下發(fā)生的事情，特別是較冷的氣體和圍繞著它們的看不見(jiàn)的恒星。

恒星聚集處是一片塵埃。韋伯強(qiáng)大的紅外功能將允許科學(xué)家透過(guò)塵埃的面紗得到寶貴的信息。 韋伯將提供有關(guān)黑洞恒星斗篷的溫度、速度和化學(xué)成分的關(guān)鍵信息。科學(xué)家可以利用這些信息來(lái)更多地了解 黑洞的質(zhì)量和大小，以及黑洞是如何以恒星為食的。

▌了解宇宙的“黑暗時(shí)代”

對(duì)“黑暗時(shí)代”的研究，向來(lái)是當(dāng)今科學(xué)前沿課題之一。根據(jù)宇宙大爆炸理論，我們的宇宙是137.5億年前由一個(gè)小點(diǎn)的爆炸形成然后膨脹。大爆炸約38萬(wàn)年后，能量才逐漸形成了物質(zhì)，這時(shí)由于沒(méi)有新的光源產(chǎn)生，宇宙是黑暗的。直到10億年后，星系越來(lái)越多，宇宙才亮了起來(lái)。因此，這10億年被稱為宇宙“黑暗時(shí)代”。

了解這一時(shí)代的關(guān)鍵是它們留下的遺跡，比如宇宙微波背景輻射。1964年，人類首次探測(cè)到這種宇宙微波背景輻射。如今我們使用復(fù)雜的工具，比如歐洲航天局的普朗克探測(cè)器，可以來(lái)探測(cè)微小的波動(dòng)，從而創(chuàng)造一個(gè)年輕宇宙中物質(zhì)和能量分布的快照視圖。

斯皮策望遠(yuǎn)鏡和哈勃望遠(yuǎn)鏡曾一起拍攝了一個(gè)名為GN-z11的星系的圖像，它保持了迄今為止測(cè)量到的最遠(yuǎn)星系的記錄。它是宇宙只有4億年歷史時(shí)的遺跡，當(dāng)時(shí)宇宙的年齡只有現(xiàn)在的3%，大小不到現(xiàn)在的10%。

而韋伯望遠(yuǎn)鏡在尺寸、靈敏度、波長(zhǎng)范圍等方面都有了顯著提升，我們有理由相信，未來(lái)韋伯會(huì)給科學(xué)家們帶來(lái)更多的驚喜， 用最先進(jìn)科技來(lái)解答人們對(duì)宇宙最根本的問(wèn)題，了解遙遠(yuǎn)的宇宙往事，如：第一批星系是如何進(jìn)化的，我們太陽(yáng)系是獨(dú)一無(wú)二的嗎. .....這 或許將完全顛覆我們現(xiàn)有的宇宙理論。

結(jié)語(yǔ)

從上世紀(jì)八九十年代 一個(gè)超前的革命性想法，到如今落成現(xiàn)實(shí)、飛上太空，韋伯項(xiàng)目見(jiàn)證了人類科研的力量。 即使過(guò)程困難重重，被質(zhì)疑、被嘲笑，但只有行動(dòng)起來(lái)，才能化幻想為奇跡。

韋伯太空望遠(yuǎn)鏡作為人類迄今為止制造的最復(fù)雜的物體之一，年復(fù)一年，無(wú)數(shù)人將他們寶貴的時(shí)間與金錢(qián)都傾盡于此。 它會(huì)證明：如果你足夠?qū)Ｐ?、足夠?jiān)持，最終會(huì)取得驚人成就。這不僅適用于太空望遠(yuǎn)鏡，對(duì)我們大多數(shù)人也是受用一生的經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)于它的發(fā)射，韋伯項(xiàng)目的首席科學(xué)家約翰·馬瑟（John Mather）釋?xiě)训卣f(shuō)，

“我不會(huì)為我不該操心的事情感到焦慮，我們都明白自己在做著正確的事，大家都努力向著完美而努力了，所以能夠接受任何結(jié)果。”

約翰·馬瑟（John Mather）

把望遠(yuǎn)鏡放心地交給火箭、交給宇宙，剩下能做的只是關(guān)注和等待。 愿六個(gè)月后我們能夠收到韋伯 望遠(yuǎn)鏡寄來(lái)的“明信片”，帶我們?nèi)ヌ魬?zhàn)理論、去領(lǐng)略那個(gè)未曾想象的宇宙未知之境。

韋伯主鏡進(jìn)行低溫測(cè)試

References:

1). NASA官網(wǎng)

2). 中國(guó)國(guó)家航天局官網(wǎng)

3). 《詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的前世今生，以及它又延期了》BY NASA航天愛(ài)好者（ID：NASAtoMars）

4). 《史上最強(qiáng)望遠(yuǎn)鏡韋伯，將回顧宇宙不為人知的“黑暗時(shí)期”》BY NASA航天愛(ài)好者（ID：NASAtoMars）

5). 《詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡將如何讓我們看到更多未知的宇宙？》BY 新浪探索（ID：sinascience）

6). 《等了25年，“鴿王”韋伯太空望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃年底上天》BY 知道News（ID：xjb-jingshier）

7).《人類建造的有史以來(lái)最偉大的空間望遠(yuǎn)鏡，即將發(fā)射》BY 熊二筆記（ID：xiong-talks）

8).《價(jià)值100億美元的折紙： 韋伯望遠(yuǎn)鏡將如何發(fā)射，入軌和展開(kāi)?》，up主/傳播新知，B站

9).《項(xiàng)目首席科學(xué)家?guī)懔私忭f伯望遠(yuǎn)鏡》，up主/給蟲(chóng)Official，B站

10).《詹姆斯韋伯望遠(yuǎn)鏡即將發(fā)射：前 30 天將是純粹的恐怖》，up主/垚忘，B站

11).《突破：建造韋伯望遠(yuǎn)鏡（2021）》，漢化/水山水山水山，微博

頭圖與內(nèi)文圖片來(lái)自NASA及Youtube

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