宇宙之巔的揭示者,韋伯太空望遠鏡將成為人類的「千裡眼」

2020-08-25 宇宙科學室

太空望遠鏡,是人類用來觀測宇宙或者天體的設備,常常運行在地球大氣層之外。對於這類設備,可能人們最熟悉的就是哈勃太空望遠鏡了,它是人類製造的望遠鏡之中一位不可忽略的「先遣者」,也是人類歷史上第一個處於地球大氣層外的反射式太空望遠鏡,為人類的太空探索做出了許多的傑出貢獻,目前它仍然處於運行階段。

哈勃太空望遠鏡

第二位望遠鏡「前輩」就是克卜勒太空望遠鏡,它於2009年3月發射升空並且開始服役。聽到克卜勒,可能許多熱愛地外文明消息的朋友們都很熟悉。比如克卜勒452B這顆行星,是克卜勒太空望遠鏡發現的一顆系外行星,被稱為地球的「表哥」,顧名思義就是它的成分與結構和地球很相似,經過克卜勒的光學儀器探測,甚至預測它表面存在著大量的森林。

如果缺少了這些太空望遠鏡,人類可能就是一個真正的「瞎子」,只有在這些設備的幫助下,我們才能了解到系外的某些事情。但是每個設備都是有自己的運行周期的,即便是中國的FAST也有著運行周期,在未來它也會被其他的陸地望遠鏡取代,但我們不會忘記它為人類所做出的種種貢獻。同樣,哈勃望遠鏡與克卜勒望遠鏡也會被取代,而且取代它們的將是更加先進「後代」。

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人類歷史上的第三代太空望遠鏡,將成為人類的「千裡眼」,幫助人類加快探索宇宙角落的步伐

詹姆斯韋伯太空望遠鏡,作為NASA的第三代太空望遠鏡,原本定於2014年發射升空並開始運行,但因為其研究團隊內部的某些矛盾,導致資金不足,數據延誤,讓該項目一拖再拖,直到現在才出現了消息。經過多年的延誤和超支數十億美元後,NASA的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(目前)計劃於2021年3月發射。儘管爭辯說浪費了許多的時間和金錢,但這個太空望遠鏡將成為紅外波長首屈一指的領導者,使我們能夠快速地進入目前無法進入的宇宙角落。

如果人類想從本星系去到其他星系的行星去發現新事物,那麼詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將是人類首要的希望。JWST(詹姆斯韋伯太空望遠鏡)將在發射升空後在距地球約150萬公裡的地方運行,以使其遠離太陽的高溫與大量輻射,讓其能夠接近最優狀態運行。但即使如此,距離地球150萬公裡的地方仍有陽光在照射。

還未發射的詹姆斯韋伯太空望遠鏡

為了解決這個問題,詹姆斯韋伯太空望遠鏡的設計者給出了兩種選擇,第一種選擇就是最常見主動冷卻系統,將望遠鏡冷卻至觀察紅外波長所需的溫度。這種方法很有效,是前兩位「前輩」所利用的冷卻方法,這種方法雖然降溫效果好,但卻限制了它們的運行壽命。

再這樣的條件下,第二種方法誕生了,JWST將部署一個巨大的太空傘,該傘長22米,寬11 m,由五層極富反射性的材料製成。這種巨大的「 遮光罩 」將使望遠鏡本身保持恆定的溫度,使其處於攝氏零下的溫度,這樣的溫度環境對於將要研究的紅外波長是非常理想的。

深度星空包含著人類許多未探索過的宇宙角落

JWST非常龐大,以至於它不適合放在火箭上。除巨大的遮陽罩外,主鏡的寬度為6.5 m,比目前使用的任何火箭整流罩都寬。將反射鏡導管貼在火箭側面並不是完全可行的解決方案,因此,NASA工程師將反射鏡分成18個較小的六角形部分,將其塞入並摺疊到火箭中(連同摺疊起來的遮陽鏡和望遠鏡本身的其餘部分)。如果這一切正常,則JWST發射後的幾天時間內,便會到達它的運行點位,展開「遮光罩」並開始觀測深空。

它的主要研究目標之一是研究早期宇宙,最早出現在宇宙中的恆星和星系在可見光譜中很明顯能夠被捕捉到,但是在過去的130億年中,宇宙膨脹了,將光從可見光範圍擴展到紅外光,在這樣的條件下,JWST誕生了。

由於人類沒有從最初的恆星和星系「圖像」,所以JWST將是人類對宇宙歷史上這個重要時代的首次見解,在地球附近,JWST將研究宇宙中任何的事物,從新生恆星周圍的原行星盤到分子雲,彗星與柯伊伯帶天體等等。而且JWST將使用一種專門的設備來遮擋某些遙遠恆星發出的光,從而使天文臺可以拍攝繞這些恆星運行的任何物體的照片,例如系外行星。

這些行星將在紅外線光譜中被發現,這些行星的光將被其大氣層中的化學物質以及可能是生命跡象的化學物質和元素所遮蓋,不過最終望遠鏡都會將其揭開,讓我們期待它的到來!

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  • 造價100億美元的詹姆斯韋伯望遠鏡,究竟有多牛?
    提到太空望遠鏡,就不得不提起哈勃太空望遠鏡。這是由美國國家航天局於1990年4月24日通過「發現者」號太空梭送入太空的望遠鏡。哈勃太空望遠鏡30年來,通過哈勃太望遠鏡,人類獲取了大量從未獲取過的宇宙神秘景象,拍攝到了大量珍貴宇宙照片,不斷提升了人類對宇宙時間和空間認知的廣度和寬度。
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    當這些任務進入太空時,它們將會探測像哈勃、克卜勒、斯皮策和錢德拉這樣任務,但它們的靈敏度和能力會更強。因此將揭示更多關於宇宙和宇宙所擁有的秘密。正如所預期的那樣,在2020年十年研究中所提出任務概念涵蓋了廣泛的科學目標——從觀測遙遠黑洞和早期宇宙,到研究附近恆星周圍的外行星,以及研究太陽系的天體。這些想法經過科學界的徹底審查,有4個被選為值得追求。
  • 韋伯望遠鏡是有史以來最大、最強大、最具技術挑戰性的太空望遠鏡
    韋伯以前被稱為「下一代太空望遠鏡」(NGST)。它在2002年9月由前NASA管理員詹姆斯·韋伯(James Webb)改名。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將是一臺大型紅外望遠鏡,具有6.5米的主鏡。該望遠鏡將於2021年在法屬蓋亞那的Ariane 5火箭上發射到太空軌道。它將補充和擴展哈勃太空望遠鏡的發現,具有更長的波長覆蓋範圍和大大提高的靈敏度。
  • 詹姆斯韋伯望遠鏡究竟會看到什麼?
    這架望遠鏡的反射鏡直徑達到6.5米,將成為有史以來被送入太空的最大望遠鏡。韋伯能夠對宇宙進行紅外觀測,捕捉最遙遠的恆星和星系影像。在這架望遠鏡的幫助下,科學家將進一步窺探宇宙的秘密。詹姆斯·韋伯望遠鏡藝術概念圖,哈勃太空望遠鏡的接班人詹姆斯韋伯太空望遠鏡的一大使命是觀測宇宙的第一批星系,幫助科學家了解這些星系的形成以及與暗物質之間的關係。
  • 詹姆斯-韋伯太空望遠鏡裡程碑預演:成功打開五層遮陽板
    據外媒報導,隨著NASA下一代太空觀測站離發射的又近一步,詹姆斯-韋伯太空望遠鏡將在進入軌道後以預期的方式打開其五層的遮陽板。
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    昨天,也就是2020年10月31日,距離美國宇航局打算將其科技含量極高、功能極多的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡送入軌道還有整整一年的時間。目前,該望遠鏡的發射日期定在2021年10月31日。那將是一個星期天,全世界的天文學家都非常期待這次發射。
  • 未來的天文望遠鏡將看到什麼太空景象
    基於這種情況,美國決定讓韋伯太空望遠鏡取代現在的哈勃,對宇宙進行更加深遠的觀察,包括太陽系外行星、難以捉摸的黑洞和遙遠的星系臂膀。由約翰·霍普金斯大學主辦的、在美國馬裡蘭州巴爾的摩市太空望遠鏡科學院最近舉行的天體物理學2020大會上,薩默維爾和其他天文學家公布了他們對韋伯太空望遠鏡未來觀察的一番憧憬。
  • 哈勃退役後,韋伯來接班,身披金甲的韋伯望遠鏡緣何能看得更遠?
    ,可以說為人類的宇宙探索立下了汗馬功勞,目前已經發現的最為遙遠的星系GNZ11就是使用哈勃望遠鏡觀測到的。為了能夠讓哈勃持續運行在地球軌道,為人類的宇宙探索事業而服務,先後對其進行了5次維護大修以延長它的服役年限。不過無論再怎樣維護,哈勃退役之日終究還是會來臨,那麼當哈勃退休之後,誰來接替它的工作呢?它的工作將會由身披金甲的詹姆斯韋伯太空望遠鏡來接手。