韦伯望远镜六个有趣的事实

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  据《科学美国人》杂志报道,哈勃太空望远镜是空间科学史上一个具有标志性的成功之作,同时也可能是继苏联卫星“斯普特尼克”号之后最为著名的无人航天器,凭借出色的表现,哈勃在航天界享有盛誉,但这架望远镜也已经“老态龙钟”,无复当年之勇。2010年4月,服役多年的哈勃迎来自己20岁生日。
  由于在模糊的地球大气层上方工作,哈勃能够为天文学家提供最为清晰的遥远宇宙图像。虽然已经老化,他们仍要在很大程度上依靠哈勃进行观测。2014年,另一架巨大的太空望远镜——“詹姆斯·韦伯”太空望远镜将发射升空。随着它的到来,过度操劳的哈勃将变得不再孤单。
  这架望远镜以NASA第二任局长詹姆斯·韦伯的名字命名。在实施“阿波罗”计划期间,正是他率领NASA取得巨大成就。从体积上说,韦伯远远超过它的前辈哈勃。韦伯是NASA与欧洲、加拿大航天局的一个合作项目。它的长度是哈勃的二倍,反射镜的个头更是达到后者的数倍。此外,它的观测区域也要超过这位老迈的前辈。哈勃在距地面不到600千米的高度绕地球运行,相比之下,韦伯与地球之间的距离将达到150万千米,已经超出月球轨道。
  2010年2月在纽约美国自然历史博物馆发表讲演时,韦伯项目总承包商诺斯罗普·格鲁门公司的乔恩·艾伦伯格对韦伯任务进行全面评述,并透露韦伯项目的最新进展情况。据他透露,这一项目将从设计阶段进入制造和测试阶段。乔恩·艾伦伯格是诺斯罗普·格鲁门公司韦伯项目系统工程代表。他尤为关注的是建造大型复杂太空望远镜注定要遭遇的一系列挑战,以及如何将望远镜折叠并放入运载火箭狭小的有效载荷舱。
  
  轨道展开有如蝴蝶破茧
  
  詹姆斯·韦伯太空望远镜将是一个庞然大物,其遮阳板伸展开来的长度达到22米,几乎是哈勃的二倍。为了放入阿里安-5运载火箭顶部的有效载荷舱,韦伯的遮阳板以及直径6.5米的反射镜将被小心翼翼地折起以减小体积。按照计划,韦伯将像蝴蝶破茧而出一样在太空展开。文中这幅照片是在美国马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心拍摄的,展示了一个实物大小的韦伯模型以及韦伯项目组成员。
  
  强大的遮阳板
  
  韦伯是一架红外线望远镜,在设计上,它能够在可见光、紫外线或者更长红外波长条件下,探测附近系外行星等小型暗淡天体以及距离地球极远的天体。前者通过天体放射的热量进行探测,后者所放射的光线将被扩展或者红移。为了将噪音控制在较低水平,韦伯必须阻隔来自太阳的红外辐射,也就是借助由5层镀铝聚合物膜构成的遮阳板。
  在纽约发表演讲时,诺斯罗普·格鲁门公司的乔恩·艾伦伯格将遮阳板称之为“一个高科技版的薯片袋”。乔恩·艾伦伯格表示,遮阳板的SPF(防晒系数)高达120万。“每次遭遇120万瓦的事故。望远镜受到的辐射只有大约1瓦。”图片展示的是一个1/3大小的遮阳板膜模型,展开后接受测试。
  
  反射镜由18块子镜组成
  
  韦伯的反射镜由18块六边形子镜组成,每块子镜的直径为13米。图片展示的是6块子镜,正在阿拉巴马州亨特斯维尔的马歇尔太空飞行中心接受测试。所有子镜组合之后的直径将达到6.5米,集光面积是哈勃的8倍或者9倍,后者的反射镜直径为2.4米。但个头大并不代表重量大,韦伯反射镜的重量与哈勃反射镜大致相当,这是因为六边形子镜由轻量化铍材料制成,每一块子镜的背面都经过蚀刻以消除所有无关材料。
  
  绕L2运行
  
  韦伯将在第二个拉格朗日点(L2)运行。这个点距离地球150万千米,是日地引力平衡的空间点,能够让望远镜与地球保持一种相对静止的状态。通过绕IJ2运行,韦伯能够在将遮阳板指向太阳的同时又避免进入地球与月球的阴影。L2是备受欢迎的天文观测设备目的地。2009年,欧洲航天局的“赫歇尔”号和“普朗克”号飞船相继发射升空,它们也绕在L2运行,执行各自的任务。
  
  坏了就没法修
  
  经过5次维修任务,哈勃的服役期限被一再延长。在这些任务中,航天飞机的宇航员修复了发生故障的零部件,升级仪器设备并更换电池。经常对哈勃进行维修是必须的,文中图片展示的就是第一次哈勃维修任务。当时,哈勃的反射镜出现畸形,由此引发的光学问题导致这架望远镜残废,直到宇航员进行维修,问题才得到解决。
  迄今为止,还没有一位宇航员能够完成如此远距离的飞行任务前往L2。换句话说,这就意味着对韦伯进行维护是不可能的。乔恩·艾伦伯格说:“这就要求我们一定要确保韦伯不出现任何故障,能够正常工作。”在这样的形势下,工程师必须想尽一切办法,来避免韦伯出现类似哈勃那样的故障,“因为我们没有对此进行修复的机会”。
  按照命令,设计师要对假设中将要安装在一个“抓点”上的深空航天器进行研究。据悉,这艘尚未制造完成的航天器将与韦伯对接。根据设计师的预测,韦伯能够坚持到这种任务成为可能的那一天。韦伯服役期限的设计底线为五年,但乔恩·艾伦伯格坚持认为它能够服役更长时间。他说:“如果幼儿园的孩子怀揣成为一名宇航员的梦想,并且希望执行韦伯维修任务,我相信他们有这样的机会。”
  
  寻找第一代恒星
  
  据天文预测显示,宇宙的第一代恒星都是亮度超高的庞然大物,由氢和氦构成。迄今为止,人类还没有观测到这些恒星,导致在对宇宙进化的了解方面出现一块空白。韦伯的上岗将改变这种现状。乔恩·艾伦伯格说:“我们希望能够探测到首批出现的恒星以及星系。”
  通过对超过130亿年前的初期宇宙进行观测,韦伯将负责寻找宇宙大爆炸后数亿年内形成的早期的恒星。在这个过程中,韦伯将观测到恒星的强烈紫外线扩展为红外线的现象。为了能够确实观测到第一批诞生的恒星,这架望远镜必须拥有足够强的灵敏度,并将目光投向更为早期的宇宙黑暗年代,以确认背景中没有任何更为昏暗的天体。
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