詹姆斯·韋伯太空望遠鏡

蘇光路

美國宇航局（簡稱NASA）當然知道“哈勃”的設計壽命只有25年，這還是在一切順利前提下的樂觀估計?！肮钡膶嶋H使用情況已經令NASA很滿意了。確定哈勃繼承者的計劃，早在“哈勃”還未上天時就已經醞釀了。因為“詹姆斯·韋伯太空望遠鏡”耗資巨大，幾番超出原有預算， NASA不得不尋求與歐空局合作，所以才延誤了一些時間。

近日，“詹姆斯·韋伯太空望遠鏡”的最后一塊鏡面已經安裝就位，2018年將擇機發射升空。天文學家相信這架造價接近百億美元的“詹姆斯·韋伯太空望遠鏡”一定會揭開人類天文學的新篇章。

“韋伯”肩負的

新使命

為了盡快看到宇宙大爆炸之初的情形，人類需要一個比“哈勃”更“火眼金睛”的探測使者深入太空。這個探測使者不僅能夠探測到宇宙初生時的景象，運氣好的話還能深入地探測到大爆炸后形成的第一顆恒星的爆炸。此外，它也能揭開和銀河系最近星系的起源之謎，還能觀測到孕育了恒星和附屬行星的星云……這些都是科學家急于揭示的天文學之謎。

是的，我們需要一架視野更深邃的太空望遠鏡。

為了達成這一目的，NASA和歐空局要求“詹姆斯·韋伯太空望遠鏡”的鏡面要足夠大，大到能捕獲來自第一代星系發出的微弱之光。此外，這個望遠鏡還必須能抵御極低的溫度。因為溫度一旦超過零下223攝氏度，望遠鏡本身的紅外熱輻射就會掩蓋掉微弱的光量子——這跟我們無法在燈火通明的地方看到螢火蟲的熒光是一樣的道理。項目組決定將這個探測使者安置在地球以外150萬千米軌道的第二拉格朗日點上。因為第二拉格朗日點是太陽和地球萬有引力疊加產生的穩定區域，而位于此點的航天器都處于地球所投射的陰影之下，在那里，更容易讓航天器保持低溫。而在這樣的低溫下，“詹姆斯·韋伯太空望遠鏡”才能探測到在宇宙中漫游了130億光年的光線和熱量的痕跡。

負責“詹姆斯·韋伯太空望遠鏡”項目的首席科學家丹尼爾·戈登最初將主鏡面設定為直徑8米，后因大大超出預算，不得不將主鏡面直徑縮小為6.5米，這已是能夠觀測到宇宙大爆炸的第一縷光線的最低要求了。即便如此，它的主鏡面直徑也已經是“哈勃”的3倍了，面積則是“哈勃”的5倍以上。

在實施過程中，設計團隊遇到的第一個難題是超大塊頭的主鏡片，其次便是望遠鏡所依賴的主體技術，這也是此前未曾嘗試過的。這個主體技術面臨著從高靈敏光探測儀到制冷系統等的各種挑戰，其中的制冷系統要使這架太空望遠鏡一直保持在零下223攝氏度的極端低溫以下?！绊f伯”一旦發射，就將毫無退路，要么旗開得勝，要么前功盡棄——因為地球與第二拉格朗日點的距離是月地距離的4倍，我們根本沒有對它進行維修的可能性。

雖已精益求精，

但仍需好運眷顧

“詹姆斯·韋伯太空望遠鏡”的質量為6.2噸，約為“哈勃”的一半，但它體積龐大，必須把它折疊起來，才能裝入一枚“阿里亞娜5型”運載火箭的狹窄貨運倉內。這就對它的重量和尺寸都提出了嚴格的要求。于是，主鏡面被分割成18塊，每塊鏡片背部都裝有7個馬達，能夠在10納米的精度內調整鏡片的形狀和朝向?！绊f伯”發射后，這些鏡片會在高精度的微型馬達和波面傳感器的控制下展開。僅此一項就讓光學技術專家們承受了前所未有的壓力。

再看看這被分割成18塊的六角形鏡片，每個鏡面的拋光誤差不得超過10納米，同時鏡面也經過專門琢磨，使其能夠在遮陽板陰影的極度嚴寒環境中保持正確形狀。在該計劃的早期，天文學家曾設想可以使用超低膨脹玻璃，因為在溫度改變時它的變形很小，但就是這很小的變形也足以使望遠鏡完全失效，只得放棄。

天文學家最終選擇了鈹作為鏡面材料。選擇鈹作為鏡面材料，就意味著要花費更多的設計時間，因為鈹需要更多的時間去拋光。NASA的工程師們從6年前就開始為鏡片進行涂層處理，要涂上厚度僅為120納米、總重為3.4克的黃金，而120納米只是一個人頭發的1/200。涂層工作一直到2016年年底才全部完成。

在制造過程中，曾有一個測試無法進行，令制造團隊備感不安，那就是展開巨型遮陽板的過程是無法進行測試的。巨型遮陽板19米長、11米寬，NASA沒有大到足夠進行測試的低溫真空艙。最后，NASA不得不采用了相對冒險的方法：只測試望遠鏡的關鍵部件。至于升空后的最終結果如何，只能自求多福了。

盡管如此，丹尼爾·戈登仍顯得信心十足。他最大的愿望是“詹姆斯·韋伯太空望遠鏡”這個具有紅外線視覺的強大“時間機器”，不僅能夠窺探135億年前的宇宙狀況，發現宇宙最早期黑暗之中誕生的第一批恒星和星系，還會對人類搜尋外星生命做出具有里程碑意義的貢獻。