天文學的又一次進步，詹姆斯韋伯將如何引導我們洞察宇宙與科學

追尋不止，探索不盡

宇宙與科學在人類文明時代以來一直是相輔相成，而我們對宇宙的追求從未停止過，從年少時的星河夢想到成年時的太空願望，從古代的星象「啟示」到現代天文學觀測，時間不同，我們理解宇宙的方式也不同。那麼我們為什麼要執著探索宇宙呢？其實人類對宇宙的嚮往與對科學的嚮往是密不可分的，探索宇宙與探索科學也是人類對未來的一種期待。

30年前，哈勃太空望遠鏡升空，它改變了我們對宇宙的看法，就好像我們第一次用顯微鏡觀察微觀世界一樣，宏觀宇宙的每一個角落都值得我們仔細觀賞與研究。恆星，星系甚至是宇宙中的超巨大結構，無一不訴說著宇宙的神奇。不同的時代會誕生不同的天文觀測方式，不同的時代也會有不同的太空望遠鏡，太空望遠鏡是人類觀察宇宙最主要的方式之一。

詹姆斯韋伯與哈勃的全尺寸對比照片

宇宙實在太廣袤，太複雜了，我們需要更加先進的太空望遠鏡才可能揭開宇宙的奧秘。在過去，哈勃太空望遠鏡為我們帶來了無數關於宇宙的答案，但是相比答案，天文學家們遇到的問題更多。面對宇宙，人類反而更加疑惑了。現在，多領域融合是未來科學的一個趨勢，人工智慧，神經網絡模型和天文學完美的融合在了一起，天文學家們可以進行一些超級計算模擬實驗，進一步了解宇宙結構與宇宙的演化。不過有一點需要注意，那就是這些模型需要正確的數據才能保證其結論正確。

JWST的製造工藝與科學技術體現

這時，哈勃的繼任者來了，它就是詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST），詹姆斯韋伯太空望遠鏡有望在宇宙演化與星系等結構起源方面取得重要突破。那麼我們有了哈勃太空望遠鏡，為什麼還需要JWST呢？哈勃在軌30年，雖然經過多次修繕任務，但是其本身一些系統已經休眠了，而且它的硬體也無法跟上未來天文觀測領域的腳步了，所以天文學家們建造了詹姆斯韋伯。

宇宙其實是一個充滿「暴力」的地方，星系合併，超新星爆炸，星系與星系間的各種引力活動為我們譜寫了新的宇宙華章

還有一個最關鍵的，那就是詹姆斯韋伯的優勢，相比於哈勃，JWST將是一臺具有6.5米主鏡的大型紅外望遠鏡，而哈勃主鏡直徑是2.4米，這也就意味著JWST所收集的光至少是哈勃的5倍，可以觀測到更遠和更暗的星系。JWST的第二個優勢是其出色的紅外透視能力，非常適合研究遙遠星系恆星形成區域隱藏的行星。為了優化其紅外能力，工程師們還分別在18片鏡面上進行了鍍金處理。

JWST將繼承哈勃的研究成果繼續探索宇宙，JWST還將為我們提供前所未有的視野，以了解宇宙135億甚至136億年前第一批恆星和星系是如何形成的。JWST還將幫助天文學家們研究行星大氣中各種分子的光譜，從而增進我們對這些系外行星的理解。宇宙中只有一個地球嗎？也許JWST可以帶給我們答案。

這是系外行星HD 189733b，藝術家利用哈勃的數據繪製了HD 189733b在經過其母星的圖像。當行星經過恆星時，來自恆星的光會短暫通過系外行星的大氣，大氣中的氣體會顯示其獨特的光譜。未來的利用JWST出色的成像能力，天文學家可以識別HD 189733b的大氣特徵

除了其出色的紅外能力，JWST本身的科學儀器也代表了太空望遠鏡製造工藝的進步。哈勃是單體望遠鏡，只有一個主鏡，而JWST有18個六邊形鏡組成一個主鏡，只是製造這18片分鏡就需要四年六個月的時間。除此之外，工程師們還需要在地面測試臺上演示特殊算法，通過微米級的變形讓18個分鏡可以更好的聚光。之後工程師們還需要對分鏡進行逐個測試，整合然後測試主鏡的整體性能。

複雜的多結構融合

到這裡我們還只說了主鏡，其實運行JWST還需要極其嚴苛的條件。JWST必須在大約零下230攝氏度的溫度下才能工作，因為JWST是一個紅外望遠鏡，科學儀器的紅外輻射不能壓過被觀察星體的微弱光譜信號。所以未來JWST將在第二拉格朗日點工作，距離地球有150萬公裡，這也是為了遠離太陽。

JWST望遠鏡結構包括主鏡背板總成、主背板支撐夾具和將望遠鏡從太空飛行器上提離的可展開塔式結構，頂部的三個臂合在一起形成一個環，18個分鏡將位於該環中

這麼說來，JWST還是一個怕熱的太空望遠鏡，為了讓JWST溫度保持在零下230攝氏度，工程師們還為JWST安裝了五層遮光罩。為什麼遮光罩是五層而不是一層呢？其實中部的空餘區可以給熱量以緩衝時間，配合每一層表面的特殊塗層，可以保證最內層溫度低於零下214攝氏度，最外層溫度低於零下110攝氏度。

有了足夠的運行環境和複合式主鏡，評價一個好的太空望遠鏡項目還有一個標準，那就是它的科學儀器。首先我們要介紹MIRI中紅外儀器，這是JWST上唯一能夠觀察中紅外光光譜的儀器。它具有空前的靈敏度，比任何現有的中紅外太空望遠鏡高几個數量級。而近紅外光譜儀NIRSpec也可以發揮不同的作用，NIRSpec可以研究遙遠星系中恆星形成的化學豐度，追溯其大氣化學元素的產生。

這是一張熱真空室的俯視圖，工程師們已經準備好將詹姆斯韋伯太空望遠鏡的集成科學儀器模塊放下去了，接下來這四套科學儀器將在這裡進行最終的低溫測試

除此之外JWST還有另外兩套科學儀器，分別是近紅外攝像機NIRCam和無狹縫光譜儀NIRISS。我們先來看NIRCam，它可以成像和研究遙遠宇宙中微弱物體的星光，NIRCam還可以檢測由於暗物質引起的引力透鏡現象。第四套科學儀器是無狹縫光譜儀NIRISS。NIRISS擁有無縫隙光譜模式，在這個模式下它可以獲取大視野內所有物體的光譜，也就是我們經常說到的宇宙超深場的類似照片。

其實單獨講解這四套科學儀器如何協同工作，洞察宇宙奧秘就可以講好一段時間，不過其實科學儀器也只是JWST的一部分。縱觀整個JWST，為了能夠穩定並協同四套科學儀器指向星系，JWST還配備了精細制導傳感器和更多的子系統等等，這使得JWST的指向功能可以精確到頭髮的1萬分之1。

一名工程師正在努力將第一個六邊形鏡安裝到詹姆斯韋伯太空望遠鏡的主鏡鏡架上，在安裝之後，工程師還需要多次測試，確認鏡結構是否已經安裝完畢

在2021年，科學家們將使用阿麗亞娜五號火箭運載JWST，阿麗亞娜五號火箭是世界上最安全的火箭之一。不過由於JWST的主鏡直徑太大，所以JWST在發射之前還需要進行摺疊，摺疊之後的JWST才可以發射。到達第二拉格朗日點之後，JWST還需要一個月的時間才可以打開。這一個月令人激動，因為等了這麼多年了，就剩下這一個月了。

未來的太空望遠鏡

JWST可以幫助我們觀察銀河系的恆星形成區域，還可以洞察宇宙深處誕生的第一批恆星和星系發出的光，JWST也許還可以揭秘現代宇宙學理論最重要的問題——暗物質與暗能量，這些科學數據都將改變人類的宇宙觀。看到哈勃與詹姆斯韋伯太空望遠鏡，我總是感嘆科學技術的進步，我們從未停止探索宇宙，但是隨著科學技術的進步，我們探索的方式也總是在發生著變化。

詹姆斯韋伯太空望遠鏡將幫助我們進一步認識宇宙，針對現代天文學等問題做出答案

現在我們經常說詹姆斯韋伯比哈勃太空望遠鏡厲害一百倍，花了多少預算，延遲了多少年等等。但其實當我第一次我看到JWST時，我感受到了人類合作的力量，這是一種科學藝術與執著。除了這些硬核科學參數之外，也許我們更應該注意的是天文觀測的未來，擁有長遠眼光，包括未來的太空望遠鏡如何製造，有何製造工藝上的進步，一些製造工藝方面的細節等等。這些其實也是我們需要關注的，我們可以結合圖片一起來了解。

詹姆斯韋伯太空望遠鏡會成為天文觀測歷史的一顆啟明星，像哈勃太空望遠鏡一樣，永遠在未來的宇宙與科學中等待人類去探索與發現。

接下來是幾張照片，我們可以通過照片，進一步了解詹姆斯韋伯：

工程師正在用二氧化碳噴沫清洗分鏡

詹姆斯韋伯太空望遠鏡的每個遮陽板都有獨特的尺寸和形狀，除了塗層與製造材料之外，其他是不相同的