了不起的里程碑:韋伯望遠鏡睜開「黃金之眼」

【2022年01月11日訊】(記者笛睿編譯報導)美國宇航局(NASA)價值逾百億美元的新一代望遠鏡——詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)成功打開了其直徑6.5米的主鏡。

至此,韋伯望遠鏡升空後一系列難度最大的操作已經全部完成。NASA首席科學官托馬斯‧祖布臣(Thomas Zurbuchen)說:「我對此很感慨,這是多麼了不起的一個里程碑啊!我們看到太空中展開了一個漂亮的圖案。」

韋伯望遠鏡的主鏡由鈹製成的18個小鏡面拼湊而成。這是一種輕便、堅固又耐低溫的金屬。為了能夠很好地反射紅外線,鏡面外層鍍上很薄的黃金,因此整個鏡面看起來是金色,所以科學家把它稱為「黃金之眼」。每個小鏡面是六角形,雖然把它們叫做小鏡面,其實每個都有一張咖啡桌那麼大。

科學家想通過這個望遠鏡觀測來自宇宙誕生初期的光線,或者說看到距離我們上百億光年之外的宇宙區域,所以這個望遠鏡必須能探測到非常微弱的光線。這需要一個非常大的鏡面,並要把望遠鏡置於漆黑的、遠離地球、沒有干擾的太空環境下。

科學家選擇通過探測紅外線波段的光波來探索遙遠的深空。紅外線的波長比可見光紅光的波長更長一些。這個波段的光波有利於觀測物體散熱的情況,而且因為這個波段光波的波長較長,從遙遠宇宙抵達太陽系的路途中,被星際塵埃散射而偏轉的幾率較小。

然而,這要求望遠鏡鏡面的溫度非常低。所以,科學家給韋伯望遠鏡設計了一個有網球場那麼大的遮陽板,阻止陽光對鏡面溫度造成影響。由於沒有任何一個火箭可以有這麼大的整流罩(Fairing),能夠在發射階段罩住這麼大的遮陽板,所以科學家只好把遮陽板、鏡面都設計成事先是折疊的狀態,等望遠鏡上路後再逐步展開。當然遮陽板必須在展開鏡面之前配置完畢。

這樣的設計是人類航天史上的第一次嘗試。韋伯望遠鏡從開始設計到如今啓用一共花了二十年的時間,其中大部分時間都花在設計遮陽板和鏡面怎樣展開,不斷地測試,並保證它們在太空中能夠準確無誤地配置成功。

從聖誕節發射以來,韋伯望遠鏡需要準確地完成344個配置操作,任何一個關節卡住都會造成整個項目的失敗。這也就是為什麼很多航空專家都認為,韋伯望遠鏡升空後失敗的幾率很大。

幸運的是,韋伯望遠鏡目前為止每個高風險的操作都順利完成了。現在,遮陽板上朝向太陽的一面溫度高達55攝氏度,和撒哈拉沙漠白天的最高溫度差不多。而遮陽板的背面,溫度已經冷卻到零下199攝氏度。在這樣的溫度下,氮氣都會變成液態。而且,這個溫度還在繼續下降。

接下來,工作人員必須細心地調整每一面小鏡面的位置,讓所有的鏡面完美配合形成整體,才能像一面鏡子一樣工作,聚焦宇宙深處的星體、星系和神祕的外星世界。

韋伯望遠鏡現在距離地球已經有一百多萬公里,還要飛行兩週才能抵達距離地球160萬公里的既定軌道(L2拉格朗日點)。如果一切順利,今年夏季韋伯望遠鏡就能夠開始它的觀測工作。天文學家預計可以觀測到宇宙大爆炸誕生後不到1億年時期的數據。◇

責任編輯:孫芸#

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