韋布接棒哈勃人類最強(qiáng)空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射成功

韋布接棒哈勃人類最強(qiáng)空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射成功韋布接棒哈勃人類最強(qiáng)空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射成功1太空變形記負(fù)責(zé)發(fā)射Webb太空望遠(yuǎn)鏡的運(yùn)載火箭為歐空局的Ariane-5火箭，一級(jí)芯級(jí)為一臺(tái)液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)，捆綁兩個(gè)大推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)助推器，其近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到21噸，稍低于中國(guó)長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭（近地軌道運(yùn)載能力25噸）。Webb太空望遠(yuǎn)鏡由直徑5.4米，長(zhǎng)度17米的整流罩所包容。發(fā)射模擬從發(fā)射開始，Webb望遠(yuǎn)鏡要經(jīng)過近30天的漫長(zhǎng)旅程才會(huì)到達(dá)部署軌道。在這個(gè)過程中，Webb望遠(yuǎn)鏡將會(huì)展開部署其太陽能板、通訊及數(shù)據(jù)傳輸天線、5層遮陽板、次鏡、輻射散熱板、主鏡等。整個(gè)部署過程將需要14天，每一步都要保證精準(zhǔn)無誤。之后Webb望遠(yuǎn)鏡就將飛向距離地球150萬公里的日地拉格朗日L2點(diǎn)。Webb的首次科學(xué)觀測(cè)預(yù)計(jì)將于2022年2月進(jìn)行，觀測(cè)數(shù)據(jù)也將會(huì)在不久后傳回地球。讓我們一起期待，以前所未有的視角觀看我們頭頂上的這片星空！韋布接棒哈勃人類最強(qiáng)空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射成功2宇宙起源根據(jù)宇宙大爆炸理論，我們目前所生活的宇宙是由約137億年前的一次大爆炸形成的。一開始，宇宙中的所有物質(zhì)和能量都聚集在一起，形成一個(gè)質(zhì)量極大、溫度極高、密度極大的“奇點(diǎn)”，之后發(fā)生了大爆炸（BigBang）。大爆炸之后物質(zhì)向外分散，宇宙空間也在不斷膨脹，同時(shí)溫度也在下降。在溫度降低過程中，宇過核反應(yīng)等形成宇宙中其他的元素，星系、恒星、行星乃至生命也在這個(gè)奇妙的過程中誕生。20世紀(jì)20年代，美國(guó)著名天文學(xué)家埃德溫·鮑威爾·哈勃（哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的名字為紀(jì)念他而命名）發(fā)現(xiàn)了“宇宙紅移現(xiàn)象”，即一些天體發(fā)出的光在向地球傳播過程中頻率會(huì)不斷降低、波長(zhǎng)逐漸變紅光波長(zhǎng)還長(zhǎng)的紅外波段。距離地球越遠(yuǎn)，即光的傳播距離越長(zhǎng)，光的“紅移”就越多。20世紀(jì)60年代，阿爾諾·彭齊亞斯（德裔美國(guó)天文學(xué)家）和羅伯特·威爾遜（美國(guó)天文學(xué)家）發(fā)現(xiàn)齊亞斯和羅伯特·威爾遜也因此獲得1978年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?！坝钪婕t移現(xiàn)象”和“宇宙微波背景輻射”有力支撐了關(guān)于宇宙起源的“大爆炸”學(xué)說。Webb望遠(yuǎn)鏡將會(huì)探索宇宙大爆炸早期發(fā)出的光、星系的演化、恒星的形成以及生命起源。Webb望遠(yuǎn)鏡的重要觀測(cè)目標(biāo)是宇宙深處距離地球十分遙遠(yuǎn)的一些“類星體”（Quasar）。類星體很遠(yuǎn)，“紅移現(xiàn)象”十分明顯，這些天體發(fā)出的光到達(dá)地球時(shí)多數(shù)已經(jīng)成為了紅外光，并且光非常微Webb望遠(yuǎn)鏡依靠對(duì)低度紅外光極高的靈敏度和優(yōu)異的角分辨率將會(huì)在太空中捕捉類星體發(fā)出的光芒并分析這些天體諸如質(zhì)量、溫度、組成等方面的特性。在捕捉遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的微光時(shí)，Webb其實(shí)也在穿越時(shí)間。因?yàn)檫@些光很可能來自數(shù)十億年前甚至百億年前，里面隱藏著有關(guān)宇宙起源和演化的奧秘。Webb望遠(yuǎn)鏡的任務(wù)便是盡可能地向人們揭示頭頂上的這片星空的歷史。因此，Webb望遠(yuǎn)鏡是全球天文學(xué)家的共同期待，是全人類了解宇宙的有力助手。韋布接棒哈勃人類最強(qiáng)空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射成功3太空望遠(yuǎn)鏡1609年11月30日，伽利略第一次把望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天空中的月亮，他發(fā)現(xiàn)月球并非如亞里士多德想了第一幅月球表面地貌圖?，F(xiàn)在我們知道，伽利略看到的月球環(huán)形結(jié)構(gòu)正是隕石撞擊形成的“環(huán)形山”。之后，伽利略又將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了空中那些閃爍的星星，并由此發(fā)現(xiàn)了木星的4個(gè)較大的衛(wèi)星。伽利略發(fā)明的世界上第一臺(tái)天文望遠(yuǎn)鏡從此，人類頭頂上的這片星空便開始“不一樣”了！人們開始用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)天體，宇宙的神秘面紗偉大的工程以實(shí)現(xiàn)偉大目標(biāo)。當(dāng)年，伽利略所用的望遠(yuǎn)鏡只有4.6cm，現(xiàn)在人類正在建造的最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡“天空之眼”主鏡直徑達(dá)到39米。但是，在地面觀測(cè)星空并不能完全看穿宇宙。這是因?yàn)榈厍虺砻艿拇髿鈱訉?duì)來自宇宙深處的微弱光信號(hào)形成了阻擋，并且地面人類活動(dòng)產(chǎn)生的光也會(huì)對(duì)觀測(cè)造成影響。一開始，人們把天文望遠(yuǎn)鏡布置在人跡罕至、海拔較高的地方，但這畢竟還是在地球上。于是，一個(gè)更大膽的想法產(chǎn)生了：把望遠(yuǎn)鏡放到太空中！隨著上世紀(jì)五六十年代以來航天技術(shù)的發(fā)展，人類具備了把衛(wèi)星發(fā)射到太空中的能力，將望遠(yuǎn)鏡放到太空中的想法得以實(shí)現(xiàn)。目前，人類已經(jīng)發(fā)射了數(shù)十臺(tái)各型天文望遠(yuǎn)鏡，探索著廣袤宇宙的不同角落。如美國(guó)“大型軌道天文臺(tái)（1999年發(fā)射）、斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡（2003年發(fā)射）項(xiàng)目。其中最為人所熟知的便是美國(guó)的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（HubbleSpaceTelescope，HST）。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡于1990年由“發(fā)現(xiàn)”號(hào)航天飛機(jī)攜帶進(jìn)入繞地球的近地軌道，目前仍在服役。31年來，哈勃拍攝了上百萬張宇宙多個(gè)角度的圖像，向地球傳回了海量的科學(xué)數(shù)據(jù)。依靠哈勃的探測(cè)數(shù)據(jù)，人類產(chǎn)出了眾多科學(xué)成果，成功推動(dòng)人類對(duì)宇宙的了解向前邁進(jìn)了一大步。作為韋布的前任，“哈勃”也為“韋布”的繼任做好了準(zhǔn)備。2023年以來，哈勃的一項(xiàng)任務(wù)便是在浩瀚的宇宙中為韋伯尋找潛在有價(jià)值的觀測(cè)天體。這樣，當(dāng)韋伯發(fā)射部署后，便可以很快對(duì)目標(biāo)天體進(jìn)行更高精度的探測(cè)。實(shí)際上，哈勃并不會(huì)馬上退役，它將繼續(xù)進(jìn)行宇宙觀測(cè)工作！韋布接棒哈勃人類最強(qiáng)空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射成功4復(fù)雜的韋布之所以稱Webb望遠(yuǎn)鏡為人類最強(qiáng)望遠(yuǎn)鏡，正是在于其強(qiáng)大的探測(cè)能力。Webb望遠(yuǎn)鏡整體質(zhì)量約6.2噸，只有前任哈勃望遠(yuǎn)鏡（11噸）的一半多，但是其功能卻比哈勃強(qiáng)大得多。其中一個(gè)主要原因是Webb望遠(yuǎn)鏡擁有一面直徑6.5米的主鏡，是哈勃主鏡（直徑2.4米）的2倍多，面積是其5倍多。這是目前人類口徑最大的太空望遠(yuǎn)鏡。因此，Webb望遠(yuǎn)鏡能夠反射收集到來自深空的更加微弱的光信號(hào)，看到天體的更多細(xì)節(jié)。Webb望遠(yuǎn)鏡的主鏡分成了18面六邊形的子鏡，左右各3面子鏡發(fā)射時(shí)折疊在兩側(cè)，發(fā)射入軌后才展開。這是因?yàn)槟壳皼]有可以滿足6.5米直徑包絡(luò)的火箭整流罩（Ariane-5火箭整流罩直徑5.4米，高17米）。Webb望遠(yuǎn)鏡的主鏡呈現(xiàn)金光閃閃的顏色，而那確實(shí)是一層純金！韋伯主鏡的襯底是金屬鈹Be，上面總共鍍有約48.25g的黃金，主要是為了提高反射紅外線的能力。鈹襯底厚度約為5cm，前反射面被高度拋光，表面粗糙度小于20nm（相當(dāng)于人類頭發(fā)絲直徑的千分之一），后部被加工成比實(shí)心結(jié)構(gòu)要輕的框架結(jié)構(gòu)。選擇金屬鈹則是因?yàn)槠錁O高的強(qiáng)度和較小的密度，具體來說，其強(qiáng)度是鋼的4倍，密度（1.85g/cm2）則比航天材料中常用的鋁（2.7g/cm2）和鈦（4.5g/cm2）還要輕，并且在Webb極低的運(yùn)行溫度下不易發(fā)生形變。Webb望遠(yuǎn)鏡外形上一大特點(diǎn)便是沒有鏡筒，巨大的主鏡和較小的次鏡之間只有幾個(gè)結(jié)構(gòu)桿連反射到主鏡中央、科學(xué)儀器模塊前方的三鏡上。主鏡和次鏡都是反射鏡，而三鏡屬于透射鏡。集成科學(xué)儀器模塊(IntegratedScienceInstrumentsModule，ISIM)位于主鏡的后部，是Webb全部觀測(cè)儀器的組合體，其中包括：·近紅外相機(jī)NIRCam，將對(duì)目標(biāo)天體直接成像，由亞利桑那大學(xué)提供?！そt外光譜儀NIR，將會(huì)分析目標(biāo)天體的光譜組成，依此推測(cè)天體的組成成分、質(zhì)量等物理特性，由歐空局ESA和NASA戈達(dá)德太空飛行中心提供?！ぶ屑t外儀器MIRI，分析中紅外信號(hào)，ESA和NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室JPL提供?！ぞ珜?dǎo)星傳感器FGS，提供高精度的指向信號(hào)，由加拿大航天局CSA提供。集成科學(xué)儀器模塊ISIM許多電子器件和精密儀器在低溫狀態(tài)下才能保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)，就像我們的電腦需要風(fēng)扇輔助散熱一樣，Webb望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)儀器也需要有一個(gè)低溫環(huán)境來精準(zhǔn)探測(cè)微弱光信號(hào)。為了維持科學(xué)儀器的低溫工作環(huán)境，工程師們?yōu)轫f伯安裝了由5層聚酰亞胺膜構(gòu)成的遮光板（Sunshield），每層膜的厚度只有50微米，相當(dāng)于人類頭發(fā)絲的直徑。在諾斯洛普·格魯曼公司廠房?jī)?nèi)安裝遮光板|NASA遮陽板將整個(gè)Webb望遠(yuǎn)鏡分為溫度較高的向陽側(cè)和低溫的背陽側(cè)。遮陽板能夠阻擋來自太陽、地球和航天器平臺(tái)電子儀器的熱量傳至光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和科學(xué)儀器，保證Webb望遠(yuǎn)鏡處于低溫狀態(tài)（-223℃）。航天器平臺(tái)內(nèi)安裝有Webb望遠(yuǎn)鏡運(yùn)行所需的6大主要分系統(tǒng)，分別是：電源分系統(tǒng)、姿控分系統(tǒng)、通訊分系統(tǒng)、指令和數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)、推進(jìn)分系統(tǒng)、熱控分系統(tǒng)。整個(gè)Webb望遠(yuǎn)鏡的電力來源將由航天器平臺(tái)一側(cè)的太陽能板提供。遮光板展開和一個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)面積相當(dāng)，因此像主鏡一樣，遮光板也需要在發(fā)射時(shí)折疊起來。負(fù)責(zé)開發(fā)遮光板的諾斯洛普·格魯曼公司為此開展了大量地面試驗(yàn)工作，保證展開機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠性。不同于軌道高度只有500公里的哈勃，Webb望遠(yuǎn)鏡將部署在距離地球150萬公里的日地L2點(diǎn)（位于此處的航天器很容易維持軌道穩(wěn)定），如果出現(xiàn)問題，是不可能派宇航員前去維修的。哈勃服役期間，美國(guó)宇航員多次乘航天飛機(jī)對(duì)其進(jìn)行維修保養(yǎng)。2011年