詹姆斯·韦伯望远镜:触及宇宙中曾经遥不可及的角落

科技知识 8个月前 Sunsail
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詹姆斯·韦伯望远镜:触及宇宙中曾经遥不可及的角落

组装完成的詹姆斯·韦伯望远镜(包括其“遮阳伞”和模块式组件)已完成部分配置,还将进行进一步安装。

新浪科技讯 北京时间1月6日消息,据国外媒体报道,NASA的詹姆斯·韦伯望远镜目前定于2021年3月发射。而在此之前,该项目经历了年复一年的推迟和数十亿美元的资金投入。尽管浪费了大量时间和资金,但这台望远镜将成为红外波段毋庸置疑的“王者”,让我们得以首次触及宇宙中曾经遥不可及的偏远角落。

从宇宙诞生后形成的第一批星系、到外星生命存在的可能性,要想进一步了解宇宙万物,斥资约97亿美元的詹姆斯·韦伯望远镜将是我们唯一的希望。

  不畏严寒

尽管詹姆斯·韦伯太空望远镜(简称JWST)被奉为NASA传奇性的哈勃望远镜的“继任者”,但事实并非如此。哈勃主要是一台光学望远镜,能够捕获的光线波长范围与人眼差不多,仅向红外线和紫外线波段稍微扩展了一些。论其本质,哈勃望远镜就像一颗巨大的、在太空轨道上运行的眼球,不断传回令人震惊的图片。而假如你的光觉神经和它一样强大,你自己就可以看见这些惊人的景象。

但詹姆斯·韦伯望远镜则不然。它将完全在红外波段内进行观测,几乎不会触及人眼能看到的最“红”的波段。换句话说,它将研究一个对人类而言近乎隐形的宇宙。

詹姆斯·韦伯望远镜之所以这样设计,主要原因之一是,从地表开展红外波段观测的难度很大。天文学家要想开展精确观察和测量,必须确保夜空绝对晴朗,但地面上的光污染严重限制了观测条件。

而红外光污染更是无处不在,因为任何有温度的物体都会发出红外光。人体可以产生100瓦特的红外辐射。地球本身热量也很高,在红外波段显得明亮夺目。就连望远镜自身在室温下也会发出红外光辐射。

总之,我们从地面上并不是完全不能开展红外天文学观测,只是难度极大。因此,我们选择将詹姆斯·韦伯望远镜放置在太空中。

  离家远行

为避开地球的红外光影响,詹姆斯·韦伯望远镜将在距地球150万公里处运行。尽管远离了地球,但太阳也是个问题。你一定感受过夏季室外灼人的阳光吧,那就是红外辐射。即使距地球数百万公里之遥,太阳的热量仍然不容小觑。

为此,红外太空望远镜的设计师们可以采取几种应对方案。最常见的一种便是采用主动冷却系统,使望远镜的温度下降到适宜观测红外波段的水平。这是种好方法,此前也在其它红外太空望远镜中得到了采用。但这也限制了望远镜的工作寿命,因为一旦冷却剂耗尽,天文观测就无法继续进行。

因此,詹姆斯·韦伯望远镜将独辟蹊径,配备一把昂贵的巨型“太空伞”。这把“伞”长22米,宽11米,由五层反射率极高的材料制成,每层厚度还不及人类头发的直径。这把巨大的“遮阳伞”将使望远镜始终处于阴影之下,温度不超过零下223摄氏度,正适合在目标红外波段内开展观测。

不过,望远镜上搭载的一台仪器将用主动冷却系统降温至零下258摄氏度,可以接收到波长更长的红外光。

科学的力量

总而言之,詹姆斯·韦伯望远镜的体积十分庞大,用一枚火箭都装不下。除了那把巨大的遮阳伞外,它的主镜直径达6.5米,远超目前投入使用的任何火箭直径。既然不能把镜面“粘”在火箭一侧,聪明的NASA工程师们决定将镜面分成18片较小的六边形,这样就可以和折叠起来的“遮阳伞”、以及望远镜的其余部分一起塞进火箭里面了。

假如一切顺利,詹姆斯·韦伯望远镜发射升空几天后,就会朝观测点飞去,将镜面和遮阳伞展开到位,然后开始执行观测任务。

而它的观测结果将极为惊人。该望远镜的主要观测目标之一将是早期宇宙,即宇宙刚刚诞生几亿年的时候。第一批出现的恒星和行星一度在可见光波段上发出耀眼的光芒。但在过去130亿年间,宇宙逐渐扩张,导致这些光线的波长越拉越长,最后离开了可见光、落入了红外光波段,正好属于詹姆斯·韦伯望远镜的理想观测范围。

既然第一批形成的恒星和星系不曾留下过任何图片,这将是我们首次观察到宇宙历史上这段重要时期的景象。

詹姆斯·韦伯望远镜将对宇宙中一切“冰冷”的物体展开研究,包括围绕初生恒星的原行星盘、分子云、彗星、柯伊伯带等等。

该望远镜还将用一种特殊装置阻挡来自部分遥远恒星的光线,从而抓拍到任何从这些恒星前方经过的天体,如系外行星等。这些行星在红外波段内显得十分明亮,通过它们发出的光线,我们可以对行星大气中的化学物质和元素展开分析,说不定能从中发现生命的迹象。

总之,从搜寻外星生命、到揭开宇宙黎明时期的真相,詹姆斯·韦伯望远镜一定不会辜负我们多年的等待。

版权声明:Sunsail 发表于 2020-03-27 16:19:46。
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