詹姆斯·韋伯太空望遠鏡概念圖(來源：視覺中國)

韋伯望遠鏡在發射前被折疊起來。（來源：NASA官網）

人類探索宇宙終于有了“新武器”。美國東部時間2021年12月25日7時20分（北京時間20時20分），被譽為“哈勃太空望遠鏡繼任者”、承載着人類探索宇宙新希望的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（下文簡稱“韋伯望遠鏡”）在位于法屬圭亞那庫魯的歐洲航天港順利發射升空，它将在遙遠浩瀚的宇宙中搜尋宇宙形成之初出現的星系蹤迹，并探索圍繞其他恒星運行的系外行星。

作為人類曆史上建造的最為先進、複雜的太空望遠鏡，韋伯望遠鏡是以“折疊收納”的方式升空的，将飛至離地球150萬公裡遠的拉格朗日L2點進行觀測，等到遮陽闆和鏡片完全展開并且調試完畢後，韋伯望遠鏡将為人類進一步揭開廣袤宇宙的神秘面紗。

文/廣州日報全媒體記者 蔡淩躍 編譯

在全人類辭舊迎新之際，韋伯望遠鏡也正在遙遠的太空中緊鑼密鼓地履行着它的使命，它像含苞待放的花朵一樣，正在太空中緩慢“綻放”。截至發稿前，韋伯望遠鏡剛完成了一個重要的裡程碑：其遮陽闆的“左膀右臂”，即左右兩側的中臂已經成功延伸完畢并鎖定位置，遮陽闆目前已經初具規模，兩條中臂就位之後，遮陽闆的部署工作也将進入最後階段。

這台望遠鏡

創下多個“最”

韋伯望遠鏡自1996年開始研發，由美國航空航天局（NASA）、歐洲航天局(ESA)以及加拿大航空航天局（CSA）聯合研發，數千名科學家、工程師參與其中，後由于技術缺陷和資金不足等問題多次推遲發射，前後耗時25年，造價高達100億美元，成為人類曆史上造價最高，耗時最長的太空望遠鏡。

韋伯望遠鏡重量為6.2噸，比哈勃望遠鏡（11噸）少了将近一半；其主反射鏡直徑為6.5米，由18片六邊形的子鏡構成，遮陽闆展開後，整個天文觀測站的面積相當于一個網球場，因此韋伯望遠鏡也成了史上面積最大的太空望遠鏡。

韋伯望遠鏡是“追”得最遠的太空望遠鏡。飛抵拉格朗日L2觀測點，它将追溯到135億年前的宇宙曆史，直達第一批發光星體開始進化時，很可能會改變人類對宇宙的理解；它還将觀察太陽系内的衛星、行星、彗星以及其他天體，分析遙遠星球上存在的分子和元素，有望解開地球生命起源的謎題。

韋伯望遠鏡也是有史以來“看”得最清晰的太空望遠鏡，作為哈勃望遠鏡的繼任者，在對紅外線的觀測能力上進行了針對性的提升。從哈勃望遠鏡的經驗反饋，要記錄來自遙遠的星系、星雲、恒星和行星的微弱光線，新的探測器需要具有非凡的靈敏度。而韋伯望遠鏡這次所攜帶的四台最先進的科學儀器，包括近紅外照相機（NIRCam）、近紅外光譜儀(NIRSpec)、精細制導系統/近紅外成像儀和無縫光譜儀（FGS/NIRISS）以及中紅外儀器（MIRI），其中近紅外光譜儀具有可編程微快門，可同時觀察多達100個物體。這些儀器均配置了具備前所未有分辨率的高靈敏度紅外探測器，大面積的紅外探測器陣列可以讓它“看到”可見光範圍之外的光，并向人們展示近紅外和中紅外波長的空間隐藏區域。可以說，韋伯望遠鏡将比以往任何時候都更清晰地研究來自天體的紅外線。

超越“前輩”：

可看到“嬰兒星系”

韋伯望遠鏡被稱作哈勃望遠鏡的繼任者，這是因為韋伯望遠鏡的科研動機正是基于哈勃望遠鏡已取得的科研成果。

實際上，兩者的能力和使命并不同。哈勃望遠鏡盡管也有一定的紅外線觀測能力，但它側重于從光學和紫外線方面觀測宇宙；韋伯主要緻力于通過紅外線觀測宇宙。

哈勃望遠鏡可以觀測到0.8微米至2.5微米的紅外光譜的一小部分，但其主要能力是0.1微米至0.8微米的紫外線和可見部分；而韋伯望遠鏡将主要在紅外線中觀測，它将有四台科學儀器來捕捉天體的圖像和光譜，這些儀器的波長覆蓋範圍從0.6微米到28微米。

為什麼紅外線觀測對天文學很重要？因為那些剛剛形成的恒星和行星通常隐藏在能吸收可見光的塵埃繭後面。然而，這些區域發射出的紅外線依然可以穿透這些星塵，揭示出裡面到底有什麼。

另外，由于哈勃是在近地軌道上運行，所能觀測到的時間廣度遠不如即将去往拉格朗日L2點的韋伯望遠鏡。由于光的傳播需要時間，觀測到的物體越遠，所看到的時光也就越遠。

可以這麼說，如果哈勃望遠鏡看到的是“幼兒星系”，那韋伯望遠鏡所能看到的就是“嬰兒星系”，因此相對于自己的“前輩”哈勃，韋伯望遠鏡才是觀測宇宙形成之初那些“嬰兒”的最佳選擇。

提到拉格朗日L2點，自然也繞不開曾在該點觀測過宇宙的另一位“前輩”：由歐洲航天局建造的赫歇爾紅外望遠鏡（Herschel）。

韋伯望遠鏡與赫歇爾望遠鏡的主要區别在于波長範圍：前者從0.6微米到28.5微米；後者從60微米到500微米；鏡片方面，韋伯望遠鏡也更大，主鏡直徑大約6.5米，而赫歇爾隻有3.5米。

而兩者波長範圍的設置主要是針對不同的科研目的，赫歇爾望遠鏡是為了尋找“極端”——發現那些恒星形成最活躍的星系；而韋伯望遠鏡則是為了尋找在宇宙誕生初期形成的第一批星系，因此它需要在捕捉近紅外線波長時具有極高的靈敏度。

多項“黑科技”

應對深空挑戰

韋伯望遠鏡的使命從一開始就很艱巨，這決定了它必須經受比“前輩”們更多更大的挑戰。要想按照預期“展開”宇宙的浩瀚曆史，首先要确保在太空中順利展開這台望遠鏡，這當中有300 多個單點故障項目要規避，并且要完成50 個主要部署，才能讓這次超高投入的任務不“打水漂”。

在拉格朗日L2觀測點，盡管處于地球的陰影面，但韋伯望遠鏡需要防止來自太陽的可見光影響。同時，紅外光的觀測需要讓觀測儀器始終保持在極低的溫度下，這對于遮陽闆的材料要求非常的高。工程師們最終選用了聚酰亞胺（kapton），這種材料不僅輕巧、強勁，而且在極大的溫差下能保持穩定不變形。韋伯望遠鏡的遮陽闆一共設計了五層，并且為了有效隔熱，每層遮陽闆都以一定的角度傾斜，确保每層的光輻射都不對主鏡片造成影響。

由于整個天文觀測台面積巨大，科研人員以類似降落傘的原理，将遮陽闆部分設計成可以一個固定方式進行折疊收納。發射時，遮陽闆像降落傘一樣“收”起來，望遠鏡和遮陽闆的支撐結構相互用機械連接，并與航天器總線相連，以便安裝在阿麗亞娜5型火箭（Ariane 5）的整流罩内并承受動态發射環境。發射後要在太空中将遮陽闆重新展開大概需要三天。

遮陽闆的部署和拉緊固定工作預計将在升空後8天左右完成，在那之後，主反射鏡後面的一個特殊制冷器将被部署用以幫助冷卻科學儀器。主反射鏡等設備需要在零下233攝氏度（40開爾文）下才能順利探測紅外線，出于長期節能和穩定的考慮，工程師設計出了一款對稱雙缸，擁有水平對立泵，并使用氦做冷卻劑的脈管制冷器，從而達到良好的制冷效果。

韋伯望遠鏡最顯眼的部位莫過于主反射鏡面。這是一個由18塊六邊形鏡面拼接而成的結構，由金屬铍制成，并在表面塗上了一層黃金。铍鏡面不僅比其他材料輕質，而且硬度比鋼還要強，能适應極端環境不變形；塗上黃金則是為了彌補铍的反射度差，并且在有紅外線的區域黃金的反射效果好。18面鏡片每一面都可以獨立調整角度，能将搜集到的光線都反射到副鏡上，大大增加了反射效果。

飛行進度：遮陽闆展開進行時

在去年12月25日當天成功發射并完成兩次中途修正之後，韋伯團隊分析了其初始軌迹，并确定這個天文觀測站應該有足夠的推進劑來維持超過10年的科學壽命。

按照飛行計劃，韋伯望遠鏡将在升空後29天左右抵達拉格朗日L2觀測點。而在升空後的第三天開始，韋伯望遠鏡就在地面工程師的操控下開始一路不間斷地進行錯綜複雜工作部署，從發射時的收納狀态逐步還原，如同花朵一樣在太空中緩慢“綻放”。

截至目前，韋伯望遠鏡完成了尾部動量襟翼的展開，這将有助于平衡遮陽闆，保持整個天文觀測站未來的穩定運行；在地面工程師團隊用電啟動釋放裝置釋放遮陽闆的保護層後，韋伯望遠鏡的遮陽膜也首次暴露在太空中；而在左右兩側的中臂伸展完畢并鎖定後，遮陽闆的部署将進入“收官階段”—— 在接下來幾天裡，地面團隊将遙控遮陽層分開，然後單獨拉緊五個遮陽層中的每一層，将它們拉伸成最終的繃緊形狀。這将在每層薄膜之間創造空間，讓熱量散發出去，使遮陽闆的每一層都比下面一層更冷。

據NASA方面介紹，韋伯望遠鏡副鏡的支撐機構部署也将于發射後10天左右完成，最快要到今年1月4日；随着韋伯望遠鏡第二個主鏡翼的展開，整個天文觀測台的部署也将于發射後的13天左右完成，即最快也要到1月7日；而從發射那天開始，韋伯望遠鏡就進入了一個為期六個月的調試階段，等到調試完畢後，它将傳回第一批圖像。屆時，人類将借助這個“黃金眼”對我們所處的地球和宇宙有一個嶄新的認知。