韦布空间望远镜计划于2021年3月发射

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韦布空间望远镜计划于2021年3月发射

韦布空间望远镜(JWST)是美国航天局、欧洲空间局和加拿大宇航局联合研发的红外线观测用空间望远镜项目。经历了数年的推迟和数十亿美元的预算超支后,JWST计划于2021年3月发射。作为航天器中的超级明星,哈勃空间望远镜的继任者,JWST到底有何能耐?又将如何引领我们对宇宙的认知?

因为需要寻找遥远而暗弱的星系,JWST的设计和配置都是顶级的,它需要一面足够大的镜子,以确保能够抓住尽可能多的光子,结果就是:除了网球场大小的遮阳板外,JWST的镜子直径也达到了6.5米,2.4米的HST和它比起来真是相形见绌。

JWST主镜。/ NASA

JWST确实太大了,比目前使用的任何火箭整流罩都要宽得多。显然,把镜子粘在火箭侧面并不是一个可行的解决方案,所以NASA的工程师们把镜子分成了18个六角形子镜,这些六角形子镜将被折叠起来塞进火箭。到时如果一切顺利,在发射几天后,JWST将前往它的观察点,然后完成一套令人眼花缭乱的变型流程,正式上岗。

虽然JWST常常被称作哈勃望远镜的“接班人”,但其实这个说法并不准确。哈勃HST是光学望远镜,它捕捉的波长与人眼工作的波长相近,就像一只绕轨道运行的太空巨眼;而JWST将完全在红外波段进行观测。换句话说,JWST将研究的宇宙在很大程度上是人类所看不到的。

左侧:韦布空间望远镜;右侧:哈勃空间望远镜

那么,什么是红外?为什么要选择红外?

首先,宇宙中有些天体在红外波段的观测效果更好。比如一些很冷的物质,没有太多能量或可见的亮度,但是它们仍在红外波段存在辐射。对于人类来说,这种辐射就是热,而对于其他一些动物比如蛇,就能够“看到”红外能量。

其次,宇宙空间中充满了尘埃云,但由于可见光波长短而窄,容易被尘埃粒子散射或吸收,所以常常被尘埃挡住无法被我们看到。幸运的是,波长更长的红外光可以更容易从尘埃中穿过,因此探测红外光的仪器能够看到在尘埃云中发出红外光的物体。

如果一架望远镜可以探测到可见光范围以外的光,就可以向我们展示宇宙中许多隐匿的区域,因此红外光对天文学有着非同一般的重要性。通过红外观测,JWST将揭示一个隐藏的、正在形成恒星和行星的宇宙,一个对人眼来说不可见的宇宙。

最后一点也是最神奇的一点,红外光也为我们提供了一台“时光机”。虽然对于人类来说光速的延迟快到无法察觉,但在天文学上,我们常常会面对这样的事实:光从地球到月球,需要1.3秒;光在宇宙的广阔空间中传播,更需要很多很多年才能到达我们这里。当来自远古第一个星系发出的光穿过太空时,宇宙的膨胀将它原本波长较短的紫外光和可见光拉伸到红外波段,这一过程被称为宇宙红移。

尽管天文学已经有一千多年的历史,仰望繁星满天的天空仍让我们深感敬畏。直到20世纪初,大多数人仍然认为银河系是唯一的“岛宇宙”。但今天,我们知道了银河系不过是宇宙中众多星系中的平凡一员。

JWST的前辈空间望远镜们已经彻底改变了我们对于宇宙及人类在宇宙中位置的认识,接下来,文武双全的它则将向我们揭示隐藏的宇宙、更久远的过去:笼罩在尘埃中的恒星、其他星球大气中的水、宇宙第一次形成星系的过程,甚至来自宇宙中最古老星系的第一缕光线。

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