巨鏡“韋布”今秋上天

卞毓麟

春暖花開(kāi)，國(guó)際天文界和航天界在熱議：韋布空間望遠(yuǎn)鏡今秋真要上天了！

韋布空間望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope，下簡(jiǎn)稱“韋布”）的研制工作發(fā)端于20世紀(jì)90年代，初稱“下一代空間望遠(yuǎn)鏡”，2002年又以詹姆斯·韋布冠名。韋布是美國(guó)宇航局（NASA）的第二任局長(zhǎng)，在1961—1968年的任期內(nèi)，卓有成效地領(lǐng)導(dǎo)推進(jìn)了阿波羅計(jì)劃和其他一些重大空間探測(cè)項(xiàng)目的實(shí)施。

“韋布”是NASA、歐洲空間局（ESA）和加拿大空間局（CSA）的合作項(xiàng)目，素有哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（下簡(jiǎn)稱“哈勃”）繼承者之稱。“哈勃”的主鏡口徑是2.4米，“韋布”則是6.5米，故其靈敏度約為“哈勃”的7倍。“哈勃”以接收天體的可見(jiàn)光為主，“韋布”則基本上是一架空間紅外望遠(yuǎn)鏡。“哈勃”的空間軌道高度約600千米，“韋布”則將定居于日地系統(tǒng)的第二拉格朗日點(diǎn)（L2）——在日地連線上與太陽(yáng)相反一側(cè)、距離地球約150萬(wàn)千米處……青出于藍(lán)，“韋布”將完成“哈勃”力所不逮的許多任務(wù)，使人類認(rèn)識(shí)宇宙的立足點(diǎn)更上一個(gè)新臺(tái)階。

研制空間望遠(yuǎn)鏡從來(lái)不會(huì)一帆風(fēng)順。1975年，科普巨匠阿西莫夫（Isaac Asimov）已在《洞察宇宙的眼睛——望遠(yuǎn)鏡的歷史》一書(shū)中向公眾介紹：NASA打算研制一架大型空間望遠(yuǎn)鏡。其實(shí)際進(jìn)程則是：1981年美國(guó)為此組建空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所（STScI），1983年此鏡以“哈勃”冠名，1985年研制“哈勃”近乎竣工。然而，1986年挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)失事，發(fā)射哈勃的計(jì)劃幾近流產(chǎn)。幸好結(jié)局順利，1990年4月發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)攜帶“哈勃”順利升空。

“韋布”的經(jīng)歷更奇特：1997年項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算5億美元，預(yù)期2007年發(fā)射上天；2002年經(jīng)費(fèi)預(yù)算增至25億美元，預(yù)期發(fā)射時(shí)間推遲到2010年；2006年預(yù)算達(dá)到45億美元，發(fā)射更推遲至2014年；2010年預(yù)算達(dá)65億美元，預(yù)期2015—2016年發(fā)射；2013年預(yù)算增至88億美元，預(yù)期2018年發(fā)射；2018年預(yù)算超出88億美元，預(yù)期2020年發(fā)射。在經(jīng)歷各種意外事故、預(yù)算危機(jī)、國(guó)會(huì)險(xiǎn)些取消項(xiàng)目之后，“韋布”終于箭在弦上，將于2021年10月上天了。

無(wú)數(shù)的技術(shù)細(xì)節(jié)都必須嚴(yán)格檢驗(yàn)——稱為苛求也毫不為過(guò)。例如，2017年7月開(kāi)始對(duì)“韋布”的“光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和集成科學(xué)設(shè)備”（OTIS）模塊進(jìn)行一系列低溫學(xué)真空測(cè)試，歷時(shí)長(zhǎng)達(dá)近百天。為了能探測(cè)到非常暗弱的遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的紅外線，整個(gè)“韋布”必須維持在40K（約-233℃）的極低溫度，而且它的中紅外設(shè)備（MIRI）還特別需要一個(gè)低溫降溫器，使其溫度降至7K（-266℃）。這些檢測(cè)在NASA約翰遜空間中心的真空室A中進(jìn)行，該真空室的穹窿形密封大門(mén)直徑就達(dá)12米，重達(dá)40噸！

各種科學(xué)設(shè)備組裝在一起的“韋布”，還要在加利福尼亞州的諾斯洛普·格魯門(mén)公司再與飛船部分（即組裝在一起的太陽(yáng)帆和船艙）相整合，進(jìn)行更多方面的最終測(cè)試。現(xiàn)在此事也已順利完成。

不言而喻，“韋布”的研制團(tuán)隊(duì)會(huì)充分吸取“哈勃”的種種經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。例如，人們記憶猶新，“哈勃”起初竟然成像質(zhì)量不佳，后經(jīng)宇航員上天維修，加配一個(gè)矯正透鏡才諸事大吉。這樣的悲劇，絕對(duì)不能在“韋布”身上重演，航天員不可能親臨遠(yuǎn)離地球150萬(wàn)千米的日地系統(tǒng)L2點(diǎn)去維修。杜絕此類隱患，“韋布”已有許多預(yù)案和舉措。

在到達(dá)日地系統(tǒng)L2點(diǎn)之后，“韋布”還要進(jìn)行一系列調(diào)試才能正式開(kāi)展工作。天文學(xué)家可真急不可待了：無(wú)論是探索太陽(yáng)系行星及其衛(wèi)星，或是探索系外行星，乃至追溯宇宙的早期演化史，“韋布”都大有用武之地。人們可以想象它也許能看到什么樣的新現(xiàn)象，但是更令人驚喜的必定是你完全想不到的種種新發(fā)現(xiàn)，且讓我們拭目以待吧！