發射在即!詹姆斯·韋伯太空望遠鏡完成關鍵測試,將成未來主要紅外...

2020-11-29 前瞻網

近日，美國航空航天局(NASA)發布消息，宣布詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope，JWST)完成了環境測試，通過了從火箭發射到太空運行的多個嚴苛測試。

JWST是NASA、歐洲航天局(ESA)和加拿大航空航天局(CSA)聯合研發的紅外線觀測用太空望遠鏡，是哈勃空間望遠鏡(HST)和斯皮策空間望遠鏡(SST)的繼任者。

該望遠鏡的主要科學任務是尋找大爆炸後宇宙中形成的第一顆恆星和星系的光，研究星系的形成和演化，了解恆星和行星系統的形成以及研究行星系統和生命的起源。

JWST原計劃耗資5億美元，計劃於2007年發射，但由於預算嚴重超支，發射時間數次推遲，最新預估總耗費高達96.6億美元，發射時間目前定為2021年3月30日，發射計劃地點為蓋亞那太空中心，由亞利安五號火箭運載升空。

此項目曾被稱為「新一代太空望遠鏡」(Next Generation Space Telescope)，2002年更名，以美國宇航局第二任局長詹姆斯·韋伯的名字命名。1961年至1968年詹姆斯·韋伯擔任局長期間曾領導阿波羅計劃等一系列美國重要的太空探測項目。

JWST攜帶了四個觀測裝置：近紅外熱像儀、近紅外光譜儀、中紅外裝置和精細導星傳感器。

近紅外熱像儀是一種紅外成像儀，其光譜覆蓋範圍從可見光(0.6μm)到近紅外(5μm)。近紅外熱像儀還將作為韋伯望遠鏡的波前傳感器。

近紅外光譜儀提供三種觀察模式：使用稜鏡的低解析度模式，R~1000多物體模式和R~2700積分場單元或長縫光譜模式。

中紅外裝置包含中紅外相機和成像光譜儀，將測量5至27μm的中紅外波長範圍。該裝置由NASA和歐洲國家財團合作開發，亞利桑那大學和英國天文技術中心共同研製。

精細導星傳感器用於控制太空飛行器的整體方向，也用於驅動精細轉向鏡以實現圖像穩定。

為便於觀測，機體要能承受極度低溫，也要避開太陽光與地球反射光，因此JWST附帶了可摺疊遮光板(面積與網球場相當)，以屏蔽會成為幹擾的光源。因其處於拉格朗日點，地球、太陽與JWST三者的視界總處於一定的相對位置，遮光板無需頻繁修正位置即可發揮作用。

JWST的鏡面系統包括主鏡、次鏡和三鏡。其中其主鏡結構最為複雜，造價最昂貴，由許多個子鏡拼接而成的，形式蜂房結構。

JWST全尺寸模型圖(黃色部件就是主鏡)

主反射鏡由金屬鈹製成，可以在絕對為零的情況下正常工作，口徑達到6.5米。

主鏡的鏡片排成六角形，聚光部和鏡面都露在外面，容易讓人聯想到電波望遠鏡的天線。另外，其主體也不呈筒狀，而是在主鏡下展開座席狀的遮光板(圖中下部淺色部分)。

主鏡直徑比發射用的火箭還大。主鏡被分割成18塊六角形的鏡片，每個鏡面的拋光誤差不得超過10納米;同時鏡面也經過專門研磨，使得其能夠在遮陽板陰影的極度嚴寒環境中保持正確形狀。

每塊鏡片背部都裝有7個馬達，能夠在10納米的精度內調整鏡片的形狀和方向。發射後這些鏡片會在高精度的微型馬達和波面傳感器的控制下展開。

JWST質量為6.2噸，約為哈勃太空望遠鏡(11噸)的一半;主鏡直徑為哈勃的2.7倍，面積為其5倍以上。JWST被稱為是有史以來最強大的太空望遠鏡，其優勢不僅體現在其體積。

哈勃望遠鏡目前觀測到離地球最遠的星系是GN-z11。科學家認為，這是一個僅在宇宙誕生四億年後才出現的星系。這是哈勃的極限觀測距離。而JWST預計可以觀測到宇宙誕生1億年後的星系。

哈勃望遠鏡無法觀測到波長超過1毫米的光，但JWST的觀測範圍更廣，可以觀測到波長為30微米的光，其集光能力也是哈勃望遠鏡的6倍以上。

JWST位於處於拉格朗日點，距離地球150萬公裡(哈勃望遠鏡距地表僅約600公裡)，由於其位置特殊，重力相對穩定，可以與鄰近天體保持相對靜止的狀態，無需頻繁進行位置修正，可以更穩定的進行觀測，而且還不會受到地球軌道附近灰塵的影響。

編譯/前瞻高端裝備研究組

資料來源：

https://en.wikipedia.org/wiki/James_Webb_Space_Telescope

https://www.nasa.gov/mission_pages/webb/main/index.html

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