2022年05月29日
微信

韦伯太空望远镜已发射升空三天,但难度最高部分才刚刚开始

作者: 李世光 | 来源:基督时报 2021年12月31日 10:54 |

美国宇航局(NASA)的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)目前已经在太空飞行了三天,但其太空之旅中风险最高的部分才刚刚开始——韦伯将要开始它的表演:变形。韦伯太空望远镜的数百个可移动部件将会按照预定程序在数天时间中一步一步的缓慢地改变形状,直到展开为最终形态,以便履行它的终极使命——寻找“宇宙大爆炸”初始的那一束光。

这是一项难度空前的工作,需知,在工程界有一句至理名言:机械结构越复杂也就越容易故障。这很容易理解,在日常生活中,我们会发现,哪怕是一辆玩具车,能够变形的玩具车一般情况下也总是比不能够变形的简单结构玩具车更加容易出故障。而现在,巨大的韦伯太空望远镜则将会在遥远的外太空在无人值守的情况下独自完成数百个可移动部件的精密变形,估计韦伯的设计人员想一想就会头大。但对于韦伯太空望远镜来说,复杂的变形这是完成它的预期使命所必须的。

很简单,因为韦伯望远镜实在太大了,根本无法在完全展开的情况下由任何现有的火箭发射。早在1996年,当科学家们首次提出制造韦伯太空望远镜时,时任NASA局长的丹·戈尔丁(Dan Goldin)就向工程师们提出了挑战,要求他们制造主镜直径达8米的望远镜。但是很快,这个挑战被所有的工程师集体拒绝了,因为这实在太大了,无法制造更无法发射。最终,设计师们选择了直径6.5米的方案,从8米降低至了6.5米,难度也大幅度降低了,然而,这依然是所有工程师的噩梦。

欧洲航天局的阿丽亚娜5号火箭拥有目前市场上最大的有效载荷整流罩之一,直径为5.4米。但相比韦伯太空望远镜的6.5米口径,显然这仍然太小,无法容纳韦伯望远镜的主镜。因此,韦伯望远镜的设计师们从一开始就将韦伯的镜子分成几个部分,两边各有两个可以向内和向外旋转的襟翼。这是个重大的设计挑战,因为这些部分需要在距离地球150万千米的遥远外太空完美聚合起来,形成完整的镜面,这样才能从更加遥远的宇宙中顺利收集光线并展开工作。

因此,韦伯太空望远镜前几天在搭乘阿丽亚娜5号火箭进入太空时,这个望远镜就像折叠帐篷一样被折叠起来然后打包放进阿丽亚娜5号的整流罩内。

而现在,韦伯太空望远镜早已经从阿丽亚娜5号火箭脱落下来,整流罩也早已脱离。目前,韦伯太空望远镜正在独自向150万公里外的拉格朗日L2点进发。因此,在接下来的两周时间里,韦伯望远镜将开始空前复杂的变形工作,直到最终完全配置好。韦伯望远镜主承包商诺斯罗普·格鲁曼公司工程师艾米·罗(Amy Lo)解释称:“我们有时称韦伯为‘变形金刚望远镜’。”

早在发射升空之前,工程师们已经在地面上对韦伯太空望远镜进行了反复测试,以确保独自上路的韦伯太空望远镜能够顺利展开并开始工作。如果韦伯望远镜在太空中发生了无法修复的故障,也就意味着这项总共花费97亿美元的任务就此以彻底的失败告终。

NASA下属戈达德太空飞行中心光学望远镜元件经理李·费恩伯格(Lee Feinberg)表示:“在我们所有的部署中,韦伯太空望远镜的防晒罩是最复杂的,因为它的活动部件最多。”

由于韦伯望远镜的设计方式,防晒罩是必须有的功能。这台望远镜将用红外线观测遥远的恒星和星系,红外线是一种肉眼看不见的光,任何含有热量的物体都会发出红外光。而为了收集红外光,韦伯望远镜必须在超低温下工作,低至零下188摄氏度。对于人类而言,我们显然不会喜欢这个无法想象的低温,但对于韦伯望远镜而言,零下188摄氏度这才是它的舒适温度。如果变得太热,望远镜本身可能会发出过多的红外线,而这会严重干扰它对宇宙的观测。

防晒罩为韦伯望远镜提供了良好的防护,它由五层超薄的、名为卡普顿(Kapton)的材料组成,每一层展开之后都有网球场般大小。防晒罩的热反射膜非常脆弱,因此怎么让防晒罩在外太空顺利展开将它们拉紧而又不会撕裂就成为一个非常严峻的问题。要知道,这是距离地球几十上百万千米的遥远的外太空,一旦出了什么意外,可不会有工程师能够到达这里并且修理它。

因此,现在韦伯太空望远镜已经顺利发射升空了,但是,这才是“万里长征的第一步”,在这之后,还有许多的挑战需要一一去克服,比如现在即将开始的“变形”工作。而即便所有一切工作都顺利,科学家们预计韦伯最早在2022年6月份才能正式开始工作。寻找“宇宙大爆炸”初始的那一束光,让人类能够一窥造物主的造物奥秘,实在不是一个简单的事儿。

立场声明

基督时报特约/自由撰稿人文章,文中观点仅代表作者立场,供读者参考,基督时报保持中立。欢迎个人浏览转载,其他公众平台未经授权,不得转载!

版权声明

凡本网来源标注是“基督时报”的文章权归基督时报所有。未经基督时报授权,任何印刷性书籍刊物、公共网站、电子刊物不得转载或引用本网图文。欢迎个体读者转载或分享于您个人的博客、微博、微信及其他社交媒体,但请务必清楚标明出处、作者与链接地址(URL)。其他公共微博、微信公众号等公共平台如需转载引用,请通过电子邮件(jidushibao@gmail.com)、电话(010-82233254)或微博(http://weibo.com/cnchristiantimes),微信(jidushibao2013)联络我们,得到授权方可转载或做其他使用。