詹姆斯·韋伯空間望遠鏡與哈勃望遠鏡的不同之處

2021-01-15 天文在線

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在詹姆斯·韋伯空間望遠鏡與哈勃望遠鏡間，第一個明顯的區別是鏡面系統的口徑不同。哈勃望遠鏡的鏡子是一塊直徑2.4米的一體鏡，而韋伯望遠鏡的則是一塊直徑6.5米的組合鏡，由18塊子鏡組成，且所有的子鏡必須精確地拼接在一起。較多的子鏡數量也為操作韋伯望遠鏡帶來了巨大的挑戰。

第二個重要的區別是運作波長不同——哈勃望遠鏡收集較短的可見光和紫外線，而韋伯望遠鏡收集較長的紅外線波段。由於紅外成像的工作環境要求溫度極低，所以它的傳感器被冷卻到50開爾文左右，溫度低於液氮的冰點。

第三個區別是軌道高度不同——哈勃望遠鏡在近地軌道上運行，可以由太空梭提供維修服務。而韋伯的軌道則在第二拉格朗日點，這是一個半穩定軌道，距離地球軌道約100萬英裡(150萬公裡)。由於離地球較遠，所以維修韋伯望遠鏡是不可能的，所有的一切從第一天開始都必須正常地工作。因為宇宙紅移將恆星光譜移至紅外波段的深處，所以韋伯望遠鏡有可能觀測到時間更為久遠的早期宇宙。

在地球上建造一個口徑6.5米(甚至是8米)的一體鏡不僅可行性高，而且很便宜，那麼我們為什麼還要在太空中放置望遠鏡呢？原因在於地球的大氣層，它吸收了大量的紅外光譜，使光譜分析和確定遙遠星系中的元素變得非常困難甚至不可能。

於德州奧斯汀展出的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡等比例模型

哈勃望遠鏡和詹姆斯·韋伯望遠鏡之間有很多的不同之處。

最主要的不同是鏡面的大小，其次是運作波長——哈勃望遠鏡主要在可見光和紫外線中運作，詹姆斯·韋伯望遠鏡則在紅外線中運作。然後是軌道高度不同，哈勃望遠鏡在570千米高的軌道圍繞地球運動，韋伯在距離地球約150萬公裡的第二拉格朗日點，此處地球和太陽引力相互平衡。此外，韋伯望遠鏡的鏡面採集面積為28.125平方米，而哈勃的面積只有4.5平方米。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡18面鏡子中的其中6面正在進行溫度浸漬測試。

NASA/MSFC/DavidHigginbotham/Emmett Given）

詹姆斯·韋伯空間望遠鏡為什麼要專注於紅外線呢？因為太空中許多物體在可見光或紫外光下是暗淡的或者是看不見的，但在紅外線下卻可以較好地顯現。而灰塵可以遮擋大部分可見光和紫外線，由於紅外線波長較長，所以不會被遮擋的較少。因此韋伯望遠鏡可以比哈勃望遠鏡探測到發光更微弱的物體。

由於韋伯望遠鏡優秀的觀測能力，它可以觀測到宇宙中更遙遠、更古老的天體，這將為我們提供更多關於早期宇宙的信息。

但是NASA/ESA/CSA的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡無法取代NASA/ESA的哈勃望遠鏡。原因是它觀察紅外線的能力將被優化，但觀察可見光能力有限；而哈勃望遠鏡觀察可見光和紫外線的能力被優化，但觀察紅外線的能力有限。

JWST擁有更大的鏡子和更先進的儀器，所以它很容易獲得超越哈勃望遠鏡的紅外成像能力。這意味著它能更好地觀察塵埃和氣體雲，從而對研究恆星的形成很有幫助。此外，韋伯望遠鏡對於研究大幅度紅移的天體會有更好的效果，因此有望對早期宇宙的研究做出重大貢獻。

波長——哈勃望遠鏡主要觀測可見光和紫外線，它們的波長都比較短；韋伯望遠鏡觀測紅外線，波長較長——二者所觀測的光譜並不相同。由於古老的、更遠的天體會紅移到紅外線波段，所以韋伯望遠鏡可以觀測到更古老、更遙遠的物體。

1979年5月，在康乃狄克州丹柏立的珀金埃爾默公司拋光中的哈勃主鏡。（圖源：NASA Marshall Space Flight Center Collection (NIX MSFC-7995584，NASA Marshall Space Flight Center）

軌道定位——哈勃位於高的地球軌道(距地球570公裡)。韋伯則位於第二拉格朗日點，它是相對靜止的，不繞軌道運動。韋伯望遠鏡的位置距離地球將有150萬公裡，在這個地方，它將大幅擺脫太陽和地球的輻射和光的影響，也能在更冷的環境中運行，這提高了它的紅外靈敏度。

尺寸——韋伯的鏡子大約是哈勃的6.5倍，這使它擁有更強的光收集能力——有望讓韋伯望遠鏡更深入地觀察太空，觀察更古老的星系。

首先，哈勃望遠鏡在1990年發射進入地球軌道。由於軌道逐漸衰減，隨著時間的推移，哈勃望遠鏡在2028-2040年的某一天裡會墜入地球，搭載於其上的實驗裝置也將在2021年6月到期。詹姆斯·韋伯望遠鏡將於2021年3月30日發射升空，取代哈勃望遠鏡。韋伯將通過紅外線觀測宇宙，而哈勃則通過可見光和紫外線觀測宇宙，它的紅外線觀測能力較差。

與哈勃2.4米的主鏡相比，韋伯望遠鏡將有一個直徑6.5米的主鏡，這樣一來韋伯就有一個更大的光收集區域，範圍約是哈勃的6.25倍，因此也具有更大的視野(約為哈勃的15倍)。所以韋伯可以觀察到更遠的物體，這一般只有紅外線望遠鏡才能做到。韋伯望遠鏡有更好的空間解析度。哈勃太空望遠鏡的軌道高度為570公裡，而韋伯太空望遠鏡不繞地球軌道運行，它將與地球相距150萬公裡，當地球繞太陽運行時，韋伯將與我們一起繞太陽運行。

作者： quora

FY: 平陸成漿

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