詹姆斯·韦伯太空望远镜

太空中充满了运动。太阳系外行星比邻星b曾是最有希望存在地外生命的行星，但在最近一场太阳耀斑的强烈辐射下，这颗星球已失去宜居的可能性。在宇宙中，太阳每秒钟会减少60亿公斤的质量，同时约有4800颗新恒星诞生，约有10颗恒星爆炸形成黑洞或中子星。外缘处，宇宙持续膨胀了9亿年。我们今天对宇宙的观察已经完全不同于过去几个世纪的天文学家，他们只能看到遥远的物体悬挂在黑色的天空上，就像看墙上的画一样。如今，借助超级望远镜，宇宙的奇观生动地展现出来，不仅令人叹为观止，还揭示了有关宇宙的奇妙信息。尽管它主要由暗能量和暗物质组成，但足以让地球相形见绌。[46]

地球轨道上的哈勃空间望远镜的设计目的是让我们在观察遥远的星系、恒星和大多数行星时能有更清晰的视野。哈勃望远镜的可视范围包括了紫外线和可见光，甚至还包括近红外光。它的使用寿命已经远超预期。它对天文学的各个领域—从太阳系到宇宙边缘的天体—都产生了重大的影响。其观测结果为15000多篇科技论文提供了数据支撑。当然，它传回的恒星、星系和行星的图像仍在给我们带来惊喜。哈勃深空视场图像显示了在天空的一个小斑点中有数千个星系，这是人类历史上最令人难忘的图像之一。多亏了哈勃望远镜，天体物理学家们才得以首次证实宇宙膨胀的速度比以往更快。它更为精确地估算了宇宙的年龄约在130亿到140亿岁之间；它帮助科学家了解了行星的成因，由此证实了行星普遍存在于宇宙中的假设；它帮助人们寻找类地行星。但哈勃望远镜已经有些老旧，空间光学发展到了更高水平的图像遥测。近日，一架新的超级太空望远镜已经在进行最后的测试，预计在2021年3月20日发射升空[47]。詹姆斯·韦伯太空望远镜是世界上最令人振奋的摄影器材，是21世纪真正的创新，因为它看起来并不像传统的望远镜，而是像一个飞行的蜂房。

从太空拍摄照片的仪器不仅需要非常精密，还要能承受发射过程中以及太空中的极端环境。詹姆斯·韦伯太空望远镜是迄今为止最强大的望远镜。它在地球的阴影下避开阳光，并能行进24万千米，到达人类可见的宇宙最边缘。韦伯望远镜是美国宇航局及其合作伙伴欧空局、加拿大航天局的一个联合项目，该团队与美国、欧洲和加拿大等国的29个州省、14个国家的100多所大学、机构和企业合作。这是一项令人振奋的活动，它展现出了人类远大的抱负和在望远镜集成与测试上付出的巨大努力。韦伯望远镜大概是地球上最强大的摄像机了。据说哪怕月球上飞过一只黄蜂，它也能观测出来—这一说法非常有趣，因为韦伯望远镜的金色镜面看起来就像是动力元件上的一个蜂巢。韦伯望远镜承担着一项大胆而复杂的任务，它要超越自己的“哥哥”哈勃望远镜所取得的成就，去观测地外星球的大气层，获得惊人的科学发现。这一工程奇迹旨在向我们解开宇宙的谜团：从发现大爆炸后形成的第一批恒星和星系，到研究围绕其他恒星的行星大气层。

詹姆斯·韦伯太空望远镜的设计与制作是对哈勃望远镜的一次巨大升级。哈勃望远镜是可观测到紫外线的光学摄影望远镜，也就是说，它捕获的是宇宙中可见的影像；而詹姆斯·韦伯望远镜是红外望远镜，且镜面比哈勃望远镜要大很多，更容易收集光线，可以追溯到更远的时间、收集更多天体的图像。哈勃望远镜被安放在近地轨道上，而韦伯望远镜被发射到离地球150万千米的第二拉格朗日点—这是引力和轨道力学的奇妙巧合点，在这个点上，太阳和地球引力的平衡正好有利于望远镜沿既定的轨道运转。

自2010年以来，韦伯望远镜就一直处于研发测试中。2018年，对其各部分的测试由相隔数千千米的几个中心合作完成：马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心、美国宇航局林顿·约翰逊太空中心，以及加利福尼亚雷东多海滩的诺斯罗普·格鲁公司。发射太空设施是一项复杂的任务。以韦伯望远镜为例，发射它就像发射一个精致的、网球场大小的直立物体。为了降低风险、选择更简单的路线，这些测试通常在晚上进行。对全世界最先进的望远镜进行测试是一项要求精密和熟练度的技术活。我们想象一下大奖赛的机械师处理一级方程式赛车[48]的每一个部件时是多么小心翼翼，然后再把这个工作量乘以一千。此外，他们还必须考虑堪比大楼外墙的立面结构。韦伯望远镜由一系列6.5米宽的镜面、集成仪器和遮阳板组成，其中遮阳板打开时宽4.6米、长21.1米。

遮阳板是韦伯望远镜的重要组成部分，因为红外线摄像机和舱中的其他仪器都必须保持在低温状态下、远离太阳光才能正常运行。它的三反射镜消像散系统由专业公司精心制作：为了适应太空环境，主镜由18个呈蜂巢状的镀金段组成，且去除了杂质以保障成像过程。副镜由铍块加工而成，帮助修正像差。韦伯望远镜的测试在美国宇航局约翰逊太空中心A试验舱中进行，阿波罗时代的测试曾在这里进行。韦伯望远镜的4台仪器接受了90天的低温测试，在零下233摄氏度的温度下模拟距地球150万千米的第二拉格朗日点轨道上的环境。这项测试至关重要，它将验证望远镜在极低温环境下运行端对端任务时的性能。随后，包括遮阳板在内的所有部件都接受了声学和正弦振动测试。这项实验模拟发射过程中的极端环境，验证其结构设计并保障飞行过程中仪器的完好与正常运行。最后的环境测试是热真空实验。特殊的试验舱让技术人员和工程师得以测试韦伯望远镜的电子组件在150万千米外的轨道上，从极寒到极热条件下的运行情况。为了使韦伯望远镜的大型组件进入热真空试验舱，必须将它吊到空中，逐渐降至准备区域，随后从试验舱内部接入。热真空测试标志着韦伯望远镜朝着最终完全集成的形式又迈进了一大步。韦伯望远镜在2019年完成了诸多测试，在2020年又迎接了更多挑战。这并不影响社交媒体上[49]网友们对其与日俱增的喜爱与热情，因为它巨大而美丽。