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詹姆斯·韦伯:接过“哈勃”的枪

导读: 与哈勃望远镜观测可见光波段不同,詹姆斯·韦伯的建造是为了观测红外线的长波波段,古老的、极其遥远的恒星和星系就是以这种形式闪烁的。

  哈勃太空望远镜仍在运行中,但是它的继任者已经伺机而动了。詹姆斯·韦伯太空望远镜(jwst)将成为送至太空的史上最大天文台,而且是人类史上最复杂的设备之一。该项目在2011年出现严重预算超支和进度落后的状况,目前已回归正轨,即将进入组装和测试的不平凡的一年,从而为其2018年的发射作准备。

  jwst的所有4个主要科学仪器已经建造完成,并已运至位于马里兰州的美国宇航局(nasa)戈达德太空飞行中心,它们将合并为一个设备:综合科学仪器组件。上个月,该望远镜通过其最终的设计里程碑,即关键设计评审,其所有的天文台设计、建造和测试计划都得到批准。“这台望远镜质量的97%已经建造完成或者处于建造中。”位于华盛顿nasa总部的jwst项目副主管eric smith在1月份戈达德媒体约请会上如是说,“目前我们已经得到了这些科学仪器,那么我们即将开始建造望远镜。”

  与哈勃望远镜观测可见光波段不同,詹姆斯·韦伯的建造是为了观测红外线的长波波段,古老的、极其遥远的恒星和星系就是以这种形式闪烁的。由于宇宙在不断膨胀,星体距离地球越远,其光线退去的速度越快。由于多普勒频移现象引起光的波长延伸,或者向光谱的红端移动,这些光线会变得更红。于是,詹姆斯·韦伯就可以观测到这些遥远的、与宇宙本身一样古老的奇观。“所有的问题都是关于:我们如何实现?”jwst高级项目科学家john mather说道,“以及我们的原子最初来自何处?每一个人都是因为恒星爆炸才产生的。那么恒星又是如何产生的?”

  这些大问题迫使nasa开始承担起宏大的工程挑战。天文台必须在50k(-223℃)的极冷温度下运行,以避免红外线以热辐射的形式污染。这些辐射来自地球、太阳或者月亮,所有这些都必须被巨大的多层遮光板阻挡在望远镜的视野之外。为了保证这3颗天体总是位于其背后,詹姆斯·韦伯将会围绕稳定的拉格朗日点(l2)运行,l2距地球100万英里,比哈勃或者其他卫星的距离都要远。望远镜的遮盖物必须由一种新型的复合石墨材料建造,该材料可以承受望远镜从地球到达l2的路途中所经历的极端温度变化。

  詹姆斯·韦伯的观测目标光线十分微弱,这就需要巨大的光学器件,其收光区域是哈勃望远镜主镜的7倍。jwst的观测镜将宽5米,由18个六角形部分组成,这些部分可以像活动翻板桌一样折叠起来,从而装入发射火箭的椎体箭身中。观测镜在升空后必须展开,并开放到正确的位置,这样每个部件才能固定在适当位置,这并不简单。和网球场一样大的遮光板也必须在发射时处于折叠状态,在落入轨道后再打开。“我们之前设计的设备并不适合装入火箭。”来自nasa主要合作者诺斯罗普·格鲁门公司的scott willoughby称,“这就使事情变得很复杂。” 在21世纪初,其中一些复杂性似乎被低估了。

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