詹姆斯·韋伯空間望遠鏡有多牛 為什麼發射一再難產?

2021-02-08 時空通訊

原定於2014年發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡已經難產了若干次了,一拖再拖,最新的消息是2021年發射升空,這次能夠如願以償嗎?誰也不知道。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是NASA(美國航天局)、ESA(歐洲航天局)、CSA(加拿大航天局)聯合研發的紅外線觀測用太空望遠鏡。這臺望遠鏡可謂20年磨一劍,1996年NASA向全國招標,最終TRW公司擊敗了著名的洛克西德-馬丁公司和美國鮑爾航空宇宙公司,拔得頭籌成為這款望遠鏡的承造商,至今已經過了23個年頭。

韋伯空間望遠鏡是以NASA第二任局長詹姆斯·韋伯的名字命名的,一臺望遠鏡研究開發製造了20年還在不斷的測試攻關中,可見這臺望遠鏡的科學性、技術性、複雜性之高。

按原計劃,韋伯太空望遠鏡擬在2014年升空,卻由於種種原因一再被推遲。NASA先後發布了2014年、2018年10月、2019年3~6月、2020年的發射計劃,後又宣布調整延遲,到了2018年6月NASA又宣布,詹姆斯·韋伯望遠鏡最早將在2021年3月30日發射。

這回是最後一次發射時間表嗎?但願如此。那麼為什麼這個世界翹首以盼的太空探測巨擎為什麼一而再再而三的拖延發射呢?

這是因為至少有兩大重要原因:

其一,投資巨大,技術複雜,精度要求很高。這個迄今為止相當於最大天基天文臺的太空望遠鏡,已經投資將近100億美元,花費了千萬科學家、工程技術人員二十多年的時光,是NASA(美國國家航空航天局)航天史上最複雜最精密的設備,技術難題多,解決需要時間,當然要慎之又慎,確保萬無一失。

其二,這臺望遠鏡的軌道在距離地球表面150萬公裡的第二拉格朗日點,這是一個什麼概念呢?要知道月球才距離我們平均38.4萬公裡呢!這就是說,一旦發射升空,這臺望遠鏡將在約4倍月球距離之遠的地方工作,光電都要傳播5秒鐘,就只能遙控指揮了,有個差錯根本就無法派出太空人前往維修養護,所以發射必須做到完美無缺,發射後出了差錯就無法補救,將前功盡棄毀於一旦。

所以詹姆斯·韋伯空間望遠鏡在測試時一有風吹草動,就會重新修正解決,必須延遲發射時間。

有人問,鬧得沸沸揚揚的這臺望遠鏡到底有多牛呢?是騾子是馬要拉出來溜溜才知道,現在沒升空,我麼只能根據NASA透露的現有資料,做一些評估。

1、它是已經立下汗馬功勞的哈勃望遠鏡的繼任者,這位前任已經在天上運行了28年之久,拍攝了不計其數的天體照片,取得了許許多多重大天文發現:發現了黑洞,拍攝到了距離我們130億光年的星系和90多億光年距離的恆星,尋找發現了許多太陽系外行星等等,使人類大大擴大了宇宙探索的視野。詹姆斯·韋伯的升空,將延續這種輝煌,而且會有過之而無不及。有人形容哈勃望遠鏡距1.6萬公理的一隻螢火蟲都難逃其「法眼」,而韋伯望遠鏡的觀測能力比哈勃大100倍,那麼這隻螢火蟲要多遠才能能逃出這個「佛祖」的掌心呢?

2、詹姆斯·韋伯望遠鏡將在距離地表150萬公裡(第二拉格朗日點)工作,而哈勃望遠鏡的軌道平均高度才569公裡,因此詹姆斯·韋伯將在更深更靜謐的空間探測更遙遠的星空。韋伯太空望遠鏡可以耐受接近絕對零度的低溫環境,能夠探測到比哈勃望遠鏡更遠的空間。但一旦上天到達軌道後,由於距離遙遠,就無法派太空人進行維護了,這也是上天前為了精益求精不斷延期的原因。

3、詹姆斯·韋伯望遠鏡口徑是哈勃望遠鏡的3倍,口徑達6.5米,是迄今為止天機望遠鏡中絕對的巨無霸。但這臺太空望遠鏡重量只相當哈勃一半,為6.2噸,而且這是一架沒有鏡筒的望遠鏡。其主鏡面由18塊6角形鍍金子鏡片組成,表面粗糙度小於20nm,也就是比細菌還小上百倍。每塊子鏡片各含6臺用於調整角度的轉動作動器,可以通過納米尺度的微小位移,讓18塊子鏡精密調整為完全相同的「曲率中心」,使焦點精準重合,整體鏡面具備最佳光學性能。韋伯望眼鏡到達既定軌道後,地面站工程師們可以通過指令對鏡面進行定期調校,使詹姆斯·韋伯望遠鏡成為世界上第一臺主動控制拼接主鏡的天基天文臺。

4、詹姆斯·韋伯望遠鏡不但具備哈勃望遠鏡的光學性能,還具備中紅外和近紅外觀測性能,觀測能力是哈勃望遠鏡的100倍。也就是說,哈勃只能看到發光的星體,而韋伯則能夠看到不發光只要有溫度的天體。NASA稱它為運用紅外觀測的「時間機器」,將會是第一個觀測出宇宙135億年前出現的第一批恆星和星系的望遠鏡。

5、詹姆斯·韋伯望遠鏡的任務很高端,主要是調查作為大爆炸理論的殘餘紅外線證據,也就是我們通常說的宇宙微波背景輻射,也就是們今天可觀測宇宙的初期狀態,其高度靈敏的紅外線傳感器和光譜儀使他具備了這種實力。值得一提的是它配備了巨大高效的遮陽板,這個相當一個網球場大的這樣裝置能夠自動調校阻擋太陽光和阻隔外部熱源,SPF值(防曬指數)達到100萬。這樣可以保證望遠鏡獲得足夠冷靜的觀測環境。

6、詹姆斯·韋伯太空望遠鏡建造歷時20多年,造價將達到100億美元,是哈勃望遠鏡造價的近10倍。花費這樣巨資耗費了多少科學家和工程技術人員心血的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡,我想是非常值得期待的。

綜上所述,詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是NASA史上最複雜的項目之一,投資巨大,技術要求非常高,承擔的任務很重要,風險很大,必須在地面設計製造時做到完美無缺,否則一旦出了問題,將無法挽回。這就是這臺望遠鏡一再推遲發射的根本原因。根據NASA多年的航天表現,時空通訊有理由相信,韋伯一旦發射成功,將會不斷有驚喜呈現給人類。

願和各位天文愛好者一道期待。

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