哈勃已老，韋伯繼任

近日，原計劃2011年發(fā)射升空的詹姆斯·韋伯天文望遠(yuǎn)鏡（以下簡稱“韋伯望遠(yuǎn)鏡”）在延期5年多之后終于宣布完工，整個工程耗資高達(dá)88億美元（約合595億人民幣）。按計劃，韋伯望遠(yuǎn)鏡將于2018年10月從法屬圭亞那發(fā)射升空，發(fā)射至日地平衡第二拉格朗日點，正式開啟其探測宇宙第一代天體誕生與演化的“世紀(jì)之旅”，接替仍在帶病堅持的哈勃望遠(yuǎn)鏡，成為人類觀測宇宙的“天眼”。

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“土豪金”主鏡

韋伯望遠(yuǎn)鏡主鏡的直徑比載它升空的火箭還大，它被分割成18個六邊形，直徑6.5米，重量約20公斤，并且都有多個調(diào)節(jié)位置的輔助馬達(dá)。這個主鏡可是名副其實的“土豪金”，因為鏡面表層覆蓋了一層比人類頭發(fā)還要薄1 000倍的金層。這么做可不是為了看上去“高大上”，而是為了增強(qiáng)鏡面的紅外線反射能力，這也是該望遠(yuǎn)鏡的主要觀察波段。為了讓鏡片又堅固又輕薄，科學(xué)家使用了鈹元素來制造，在發(fā)射升空的過程中，這些鏡片會被摺起，直到約2.5周后，當(dāng)太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入太空后才會將鏡片展開。

有別于哈勃太空望遠(yuǎn)鏡圍繞地球上空旋轉(zhuǎn)，韋伯望遠(yuǎn)鏡是放置在太陽與地球的第二拉格朗日點，飄蕩在地球背對太陽后方150萬公里處的太空。它的主要任務(wù)為調(diào)查大爆炸后的宇宙微波，進(jìn)而推敲出宇宙起源。韋伯望遠(yuǎn)鏡搭載了高靈敏度的紅外線傳感器、光譜儀，用來觀察太空中的大氣成分。另外，因一直處在地球陰影當(dāng)中，所以除了用遮陽罩避開陽光之外，望遠(yuǎn)鏡的各個組件還要接受低溫考驗。

當(dāng)韋伯望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空后，將會是所有正在運作中的太空望遠(yuǎn)鏡里，最巨大且最強(qiáng)大的一座，可望見深層太空并觀測宇宙大爆炸后形成的星系。

強(qiáng)大的紅外探測能力

不同溫度的天體，輻射不同，波段也不同。眾多質(zhì)量非常小的遙遠(yuǎn)恒星或氣體云，擁有極高的紅移水平，其發(fā)射的紫外和可見光都已移至紅外。而對于可見光波段太空望遠(yuǎn)鏡哈勃來說，紅外能力的缺失，也成為其讓位于韋伯的重要因素。

由于早期宇宙的輻射能量已從紫外移至紅外波段，且行星的輻射相比其主星的輻射，在紅外波段遠(yuǎn)強(qiáng)于光學(xué)波段，兩個原因促使韋伯望遠(yuǎn)鏡可以在人類理解宇宙起源以及搜尋系外行星生命跡象上做到無可匹敵。

憑借強(qiáng)大的紅外功能，韋伯望遠(yuǎn)鏡可以在極低溫度下發(fā)揮自身的探測優(yōu)勢。與哈勃望遠(yuǎn)鏡不同，韋伯望遠(yuǎn)鏡不僅能在近紅外波段工作，更可在零下220攝氏度的低溫下作業(yè)。而這樣的低溫對于紅外觀測非常有利，可以大幅減少紅外探測器自身的暗電流和外界熱輻射產(chǎn)生的背景噪聲，提高探測極限。此外，韋伯望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)離了地球本身的熱輻射，避免地表反射帶來的影響，這也減少了更多的背景熱噪聲。

就和夜視儀一樣，紅外波段觀測的一個難題是儀器本身的紅外輻射比較強(qiáng)，強(qiáng)到甚至超過要觀測的天體，這樣的話，就無法觀測到暗弱的天體了。之所以讓儀器在零下220攝氏度下工作，儀器本身的紅外輻射就可以比較弱，弱到不能蓋過遙遠(yuǎn)星系的紅外亮度。由于韋伯望遠(yuǎn)鏡的體積足夠大，它也將躲避掉地球大氣的干擾，提升觀測能力。

主鏡面集光區(qū)顯威力

作為6倍于哈勃望遠(yuǎn)鏡的主鏡面集光區(qū)域，韋伯望遠(yuǎn)鏡意味著擁有超強(qiáng)的集光能力，可以探測到非常暗弱的天體。

我們都知道，遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光傳播到地球需要一定的時間，“看得更遠(yuǎn)”也就同時意味著我們能看到更早的宇宙。韋伯望遠(yuǎn)鏡的一個重要科學(xué)目標(biāo)是把探測宇宙的視野進(jìn)一步推進(jìn)數(shù)億年，而第一代恒星、星系正是在這短短的數(shù)億年間迅速形成的。韋伯望遠(yuǎn)鏡將大大提升人類研究早期宇宙、恒星和系外行星的能力，預(yù)期將取得天文學(xué)界多個領(lǐng)域的重大突破。

作為擁有六邊形主鏡面的韋伯望遠(yuǎn)鏡，相較于哈勃望遠(yuǎn)鏡鏡面面積增加了6倍，而這就意味著其接收光能量的功力也相應(yīng)增加了6倍，探測的極限分辨率就能因此提高2.4倍。不僅如此，時間成本的縮短也是韋伯望遠(yuǎn)鏡的“功績”之一，同樣的天體，哈勃望遠(yuǎn)鏡需要6小時的觀測時間，而韋伯望遠(yuǎn)鏡只需要1小時。

未來韋伯望遠(yuǎn)鏡的出色能力將與地面上的大望遠(yuǎn)鏡通力配合，形成強(qiáng)力互補(bǔ)。而垂垂老矣的哈勃望遠(yuǎn)鏡將會按計劃在軌道上繼續(xù)工作至2021年。這兩大太空望遠(yuǎn)鏡將“并肩作戰(zhàn)”，讓我們能獲得更廣闊的宇宙視野。