2022年07月02日
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“鸽王”韦伯太空望远镜发射升空 或能帮助人类一窥创造起初奥秘

作者: 李世光 | 来源:基督时报 2021年12月28日 10:59 |

韦伯太空望远镜历经多年坎坷顺利发射升空

北京时间12月25日20时15分,美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜在法属圭亚那库鲁基地成功发射升空,开始了它前往150万千米外“日-地拉格朗日2点”的漫长旅途。要知道,地球与月球的距离也只不过38万千米而已。

如果按照原计划,韦伯太空望远镜本应早在2007年就发射了,而其初始预算也只有5亿美元。但是随后韦伯太空望远镜因预算和技术等问题不断推迟,直到2021年的圣诞节,韦伯太空望远镜在一次一次的推迟发射、一次又一次的放鸽子之后,这一次终于顺利发射升空了,而其投资也从最初的预计5亿美元一路上涨到最终超过100亿美元。

韦伯太空望远镜介绍

韦伯望远镜是有史以来性能最强大、造价最高的太空望远镜。它重6.2吨,口径达到了6.5米,由18块六边形镀金镜片拼接而成;遮阳板展开后,面积相当于一个网球场的大小。相比之下,哈勃望远镜的口径只有2.4米。望远镜的口径越大,一方面能够收集更多的光子,看到更加暗弱、不容易被观测到的天体;另一方面能够增加分辨率,因而能够看清更多的细节。

韦伯望远镜主要的光学结构采用了“三反射镜消像散系统(Three-mirror anastigmat)”,光在到达拍摄的传感器前会经过三次反射,每次反射都有特定的目的。

第一块主镜需要足够大,像水桶一样把来自宇宙的尽可能多的光收集起来并汇聚到一块很小的二级镜面上。所有的光会经过三级镜面的反射到最后的微调镜上。这块微调镜会补偿航天器移动带来的误差,其功能可以理解为相机的稳定器。经过这一系列光学组件后,光就到了最后成像之处了。

韦伯什么时候才能够开始工作?

据悉,韦伯此行的终点是日地拉格朗日点2( L2 ),这是一个引力稳定点,距地大概150万公里,大约是地球和月亮之间距离的4倍,到达这个位置需耗时1个月左右。韦伯望远镜将与地球同步环绕太阳运行,始终停留在地球夜面。发射一周后韦伯将开始陆续启动各种精密机构,包括140个释放机构、70个铰链组件、400个滑轮、90根电缆和8台展开电机等。

韦伯望远镜到达预计观测位置后,相关研究人员需要再花费5个月的时间对它开展各项检查,因此预计韦伯太空望远镜 2022年6月底前可正式“上岗”开始工作。

韦伯的任务目标——寻找“宇宙大爆炸”初始的那一束光

要知道,为了让韦伯顺利升空,人类已经花了25年时间,累计投入超过100亿美元。那么如此巨大投入换来的韦伯能够带给人类什么呢?

美国康奈尔大学专家妮科尔·刘易斯表示,韦伯望远镜能观测到哈勃望远镜观测不到的目标,提供“令人惊叹的全新观测宇宙视角”。

韦伯望远镜项目的科研负责人约翰·马瑟(John Mather)曾在采访中介绍过韦伯望远镜的四大主要目标:

首先,它将尝试观测“大爆炸”后出现的第一批天体,例如星系、黑洞和超新星;其次,它将观测星系是如何随着时间推移而成长的,那可能是经过了许多小型天体的聚拢和融合;第三,它将观测恒星和行星系统是如何在气体尘埃云内部形成的;最后,它将观测其他恒星周围的行星以及我们身处的太阳系本身,以了解这些天体系统随着时间推移是如何成长和变化的,并帮助了解地球是如何具备存在生命的条件的。

据了解,韦伯太空望远镜一旦能够成功启用,将会是史无前例的宇宙“时光机”,寻找“宇宙大爆炸”初始的那一束光,带我们看到大约70亿-130亿年前的宇宙样貌,几乎就是“宇宙大爆炸”的同期。因此,韦伯太空望远镜或能帮助人类一窥造物主的造物奥秘。

韦伯为什么非要去150万公里远的拉格朗日点L2?

拉格朗日点是引力平衡点,换句话说,该位置物体不再受到引力的影响,可以保持静止,拉格朗日点共有5个,分别为L1,L2,L3,L4和L5,而最远就是L2点了,距离地球约150万公里。

韦伯太空望远镜之所以选择远离地球的拉格朗日L2点,主要有两个方面的原因。

一,拉格朗日L2点是地球与太阳的引力平衡点,因此韦伯太空望远镜到达这个位置以后,几乎不需要消耗燃料,就可以在该点长期运行下去。因此,别说是运行10年,就算是连续运行30年也没有太大的问题(燃料方面),虽然按照科学家的设计,韦伯太空望远镜的预期寿命只有5年左右,最长可以到10年。

二,根据地球与太阳的平均距离,以及太阳半径和地球半径,我们可以计算出地球在太空中的阴影长度为138.7万公里。150万公里远的拉格朗日L2点并没在地球本影中,所以,处于拉格朗日L2点的韦伯太空望远镜永远都会被阳光照亮,而不必像我们一样经历白天和晚上。而且在这个地点还有一个巨大的好处——韦伯太空望远镜身处阳光照耀中,因此可以接收到从遥远地方射过来的光线,但它后方不远处就是地球阴影的黑暗面,热辐射较少,可避免很多不必要的热辐射干扰,有助于韦伯太空望远镜高效率的工作。

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