黃金沖浪者詹姆斯·韋布望遠鏡等待升空

編譯 喬琦

新空間望遠鏡的籌建需要大量的時間、資金和人力。其實，早在哈勃空間望遠鏡于1990年升空入軌之前，天文學家就開始督促美國宇航局（NASA）把哈勃繼任者的規劃提到議事日程上來了。那個時候，他們認為，這架全新的空間望遠鏡耗資不可能超過10億美元，并且能在21世紀的頭十年就準備妥當。

如今，30年過去了，在歷經多場事故、預算危機以及國會方面的項目取消風波后，總耗資已達88億美元的詹姆斯·韋布空間望遠鏡終于萬事俱備了。按照美國宇航局現在的計劃，這架望遠鏡最早將于2021年10月31日搭載歐洲空間局的阿麗亞娜5型火箭，從法屬圭亞那的一個基地發射入軌。

最近，在美國天文學會的一次會議上，技術員和工程師展示了完整的詹姆斯·韋布空間望遠鏡，但愿這是它在地面上與人類相伴的最后時光。

加利福尼亞雷東多比奇諾斯洛普·格魯門公司的設備工廠里，詹姆斯·韋布空間望遠鏡的遮陽板正在接受最終測試

“望遠鏡下一次以這種方式呈現的時候，” NASA詹姆斯·韋布空間望遠鏡項目科學家埃里克·史密斯（Eric Smith）說，“它就在月亮軌道之外了。到那個時候，它在地球上的我們看來，就是一個亮度大概為17等的點源。”

望遠鏡完全在洛杉磯諾斯洛普·格魯門公司的潔凈室里組裝完成。美國天文學會的這次會議是一次虛擬大會，從會上展示的畫面來看，詹姆斯·韋布空間望遠鏡就像一朵騎在沖浪板上的巨大向日葵。這朵向日葵的花瓣由18片鍍金六邊形金屬鈹構成，它們連接在一起，形成了一個直徑超過20英尺的大盤子。那塊未來將會永遠飄在月球軌道之外的沖浪板則由5層叫作卡普頓的塑料構成，它們是望遠鏡的遮陽板，能夠保護后者免受太陽熱量和太陽光的破壞。

這架全新的空間望遠鏡得名于美國宇航局前局長詹姆斯·韋布（James Webb），正是他領導了大名鼎鼎的阿波羅計劃。詹姆斯·韋布空間望遠鏡比聞名遐邇的哈勃空間望遠鏡大了差不多3倍，分辨宇宙盡頭昏暗星系和恒星的能力增強了7倍。

為了能搭載歐洲空間局的阿麗亞娜5型火箭進入太空，望遠鏡的遮陽板和主鏡都會先折疊起來，然后再于發射升空后的第一個月內在距我們100萬英里之遙的地方，通過總共約180步的操作展開。在過去的幾年里，相關人員反復操練了整個流程中的每一步。

在項目早期的一次演練中，遮陽板壞了，耽擱了計劃進度。當然，這只是韋布空間望遠鏡無數次延期中的一次而已。

工程師們認為，他們現在已經搞定了這個問題，但一談起望遠鏡將來要在外太空展開并接受相關測試，他們仍舊把這段時光看作長達6個月的恐怖期。此外，史密斯博士說，卡普頓上還有幾個半英寸長度的小裂縫需要修補。

韋布望遠鏡的主要任務是探索哈勃無法企及的宇宙歷史。從宇宙擁有時間這個概念算起，大約過了1.5億～10億年之后，第一批恒星和星系誕生了，它們開始在大爆炸末期充斥著的昏暗氫氣霧中熊熊燃燒。然而，這一切究竟是怎么發生的？我們目前還沒有答案。

要想完成這項任務，韋布望遠鏡就必須把工作波段調到人眼和哈勃望遠鏡看不到的那些光上去。由于宇宙膨脹會不斷推動那些最早形成的星系和恒星以越來越快的速度遠離我們，它們發出的光就會紅移到更長的波長。救護車飛馳而過時，警笛聲會隨著它的遠去而變得越發低沉，這個現象就和天體的紅移很是類似。

因此，早期星系發出的藍光——那是新生恒星的搖籃——經歷了130億年最終到達地球時會拉長成我們看不到的紅外波段的光，也即熱輻射。

也就是說，韋布望遠鏡將會通過我們人眼看不到的宇宙明信片拿到那些遙遠星系的信息。不過，要想探測到那些微弱的熱輻射，望遠鏡本身的溫度必須保持在極低的狀態——不能超過45K（-228℃），——這樣才能保證它自身散發的熱量不會掩蓋住來自外太空的微弱熱輻射。遮陽板的作用就在這里，它能讓望遠鏡始終處于低溫狀態。

事實證明，紅外波段同樣也是研究系外行星（屬于其他恒星的世界）的理想窗口。1996年，卡內基天文臺阿蘭·德雷斯勒（Alan Dressler）領銜的團隊發布了一份名為《哈勃空間望遠鏡及其他，探索、搜尋宇宙的起源：紫外-可見光-紅外空間天文學展望》的重要報告，支持通過紅外波段研究系外行星的方法。

這個團隊極有遠見。他們發布這份報告的時候，我們只認證了三個系外行星，但在那之后的幾十年里，也就是在韋布望遠鏡項目步履蹣跚之時，系外行星領域的研究蓬勃發展。美國宇航局的開普勒望遠鏡發現了成千上萬個系外行星，這就意味著可能有多達數億個系外世界可供天文學家和韋布空間望遠鏡觀測。

實際上，在系外行星領域，韋布空間望遠鏡最值得期待的早期成果之一就是距地球僅40光年之遙的“特拉比斯特-1”系統（Trappist-1）中的行星。這個系統總共包含7顆行星，其中有3顆是地球大小的巖石行星，且位于所謂的宜居帶（可能存在水）中。韋布空間望遠鏡可以做的研究有很多，其中之一就是通過觀測這些行星和它們所屬恒星發出的星光之間的作用方式得到它們的大氣組成——要想確定這些潛在的宜居行星究竟是否宜居（甚至是否已有生物在上面棲息），探明其大氣組成是必不可少的第一步。

韋布望遠鏡的航天器部分—組裝起來的遮陽板和航天器總線—正在諾斯洛普·格魯門公司接受聲波測試

在對望遠鏡的光學設備展開環境測試期間，工程師伊林·威爾遜給電纜纏上了鋁帶，以防電纜受凍后產生故障

讓望遠鏡落到環境測試設備上。韋布空間望遠鏡實在是太大了，必須折疊起來才能裝到搭載的阿麗亞娜5型火箭上

年輕的天文學領域

在納撒尼爾·卡恩（Nathaniel Kahn）導演的新紀錄片電影《尋找B行星》（The Hunt for Planet B）中，韋布望遠鏡對地外生命的搜尋是重頭戲。多少有些令卡恩先生意外的是，這部于三月西南偏南電影節上首映的電影其實也記錄了天文學中的一場社會革命——也即系外行星研究領域的許多領導者都是女性。

其中的代表人物比如：地外文明搜尋研究所的吉爾·塔特（Jill Tarter），她是尋找地外文明的先驅；加州大學圣克魯茲分校的娜塔莉·巴塔拉（Natalie Batalha），她是開普勒項目的領導人之一，現在正籌劃韋布望遠鏡的觀測計劃；威斯康星大學的瑪格麗特·特恩布爾（Margaret Turnbull），她是宜居行星方面的專家，之前甚至是威斯康星州州長候選人，卡恩先生曾在她照料后院中的蜂房時采訪過她；諾斯洛普公司的工程師艾米·洛（Amy Lo），她的主要工作是把韋布望遠鏡的所有部件整合到一起，業余時間會用來設計賽車。

“我怎么想并不重要，”塔特博士在被卡恩先生問及對宇宙生命的看法時說，這個領域目前還沒有絕對權威，更沒有牧師，“在這個問題上，我們不是在討論宗教，我們研究的是科學。”

卡恩先生曾憑借他導演的電影《我的建筑師》（My Architect）和《兩只手：萊昂·弗萊舍的故事》（Two Hands:The Leon Fleisher Story）獲得奧斯卡獎提名，前者講述的是卡恩的父親建筑師路易斯·卡恩（Louis Kahn）的故事，后者的主人公則是一位因為神經疾病而失去了一只手的鋼琴家。卡恩一直是個天文迷，他原本打算拍攝一部關于建造望遠鏡的電影，但他在接受采訪時表示，拍電影的一大樂趣就是：“你本來想拍的某個主題，就比如說韋布空間望遠鏡，會自然而然地演變成一個更為深刻的故事，比如女性在天文學前沿領域中大展拳腳。”

麻省理工學院行星專家薩拉·西格爾（Sara Seager）的故事成了卡恩影片主要敘事框架的重要組成部分，她稱，女性在這個領域異軍突起完全合理。“地外行星是一個全新的領域，從定義上說，這個領域就不可能由那些老男人們統治，”西格爾在接受《紐約時報》采訪時說，“實際上，年齡較大的科學家不太愿意突然躍入這樣一種看似頗有風險的全新領域，于是，就很少有人（甚至可以說完全沒有）會把對女性的偏見帶到這個領域中來。”

地外文明搜尋研究所的吉爾·塔特

諾斯洛普公司的工程師艾米·洛

瑪格麗特·特恩布爾在《尋找B行星》中的劇照

加州大學圣克魯茲分校的娜塔莉·巴塔拉

西格爾博士回憶說，她第一次參加宇宙學會議時震驚地發現，幾乎所有發言者都是頭發或灰或白的男性。“宇宙學研究領域的環境就是不適合新人加入，”她說，“但在系外行星的分會場上，所有發言人都不超過40歲，并且大多數都在30歲以下。”

巴塔拉博士則稱，系外行星領域最初也是由男性領導的，比如日內瓦天文臺的米歇爾·邁耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛茲（Didier Queloz），他倆因發現第一顆系外行星而同菲利普·皮布爾斯（Phillip Peebles）分享了2019年的諾貝爾物理學獎。此外還有NASA埃姆斯研究中心的威廉·伯魯奇（William Borucki），他構思并領導了開普勒項目。不過，自他們之后，女性在這個領域異軍突起、大步前進。

“與系外行星科學領域的資深女性們對話，你就會發現我們所有人的故事都不盡相同，”巴塔拉博士稱，“我們憑借各自的優勢在這個行當中生存下來，也因為各自的原因留在這個領域中。另外，既然現在我們已經打下了這樣的基礎，那么或許能為其他年輕女性追尋這項事業提供些許便利。”

朝著過去前進

根據空間望遠鏡科學研究所克里斯汀·陳（Christine Chen）在韋布望遠鏡展示和講述會上提供的數據，截至目前，已有來自全球44個國家、美國45個州再加上哥倫比亞特區和維京群島的4 332名天文學家提交了計劃，競爭參與韋布空間望遠鏡的第一輪觀測。其中，大約有31.5%的研究者是女性，這也與近期天文學博士學位有1/3授予女性的統計數據大致相符。

“我們這個項目，天生就具備多樣性。”韋布望遠鏡項目負責人史密斯博士在最近的展示和講述會上說。

他還補充道：“作為科學家，我們還知道，宇宙很少通過符合我們現有理論或模型的數據展示自己的本來面目。相反，正是那些出乎我們意料的數據讓我們一步步地接近了宇宙真相。因此，正如我們知道必須拋棄先入為主的概念理解新數據那樣，要想更好地認識宇宙，我們在構思和實施項目時就必須力求囊括盡可能多的不同視角。”

2006年，搭載著衛星的一枚阿麗亞娜5型火箭在法屬圭亞那庫魯發射升空

韋布空間望遠鏡在秋天的發射升空將是今年空間科學的大事件之一。此外還有下一次火星探測行動。按照計劃，今年冬天，最新一批探測艦隊就將登陸這顆紅色星球。

如果能繼續保持這個節奏，那么我們或許就能在接下去的50年中知曉生命是否以某種形式生存在附近的宇宙空間之中，無論它們是隱藏在巨行星衛星的冰層之下，棲息在火星的巖層深處，還是生活在某種外星沼澤的酷熱之中。這方面的任何線索都將是我們朝著認識自身起源這個目標邁出的一大步。

正如德雷斯勒博士和共同作者在他們1996年的報告中寫到的那樣：“20世紀天文學的一項重大勝利是證明了這樣一個概念為真，我們的起源——或許也是我們的命運——就潛藏在恒星的背后。”他們還寫道：“關于人類存在的宏大主題正越來越多地投射到太空中。”這顯然是暗指電影、電視劇和圖書中相關主題科幻小說的流行。

“我們要想在物理層面上進入廣袤的宇宙，或許還需要未來數代人的努力，”德雷斯勒博士等人總結說：“但我們的思想已經生活在了宇宙時代。”

資料來源 The New York Times