顺利升空只是开始!韦伯太空望远镜升空後「必须完美」的 29 天旅程
2022 1月 17 By binance币安注册不了怎么办 0 comment
  • 作者/杨燿纶|美国维吉尼亚大学天文系博士後研究员
  • 作者/张佩绮|自由撰稿人

“ trois, deux, unités, top ” ​

美东时间 12 月 25 日的清晨,亚利安五号火箭在任务指挥官 Jean-Luc Voyer 的倒数下点火。 ​

历经 20年、100 亿美元设计建造,即将成为世界上最大的太空望远镜 — 詹姆斯.韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)缓缓升空,揭开人类对宇宙了解的下一个篇章。​

​继哈伯之後,次世代太空望远镜

​韦伯太空望远镜提供了前所未有的观测能力,让我们可以看到宇宙大爆炸之後的初代星系、横跨宇宙时间的星系演化、系外行星的大气组成、以及恒星行星形成的过程。​​​不同於哈伯太空望远镜以及大部分在地表的望远镜,韦伯太空望远镜主要观测红外光。

  • 延伸阅读:为何 NASA 不惜大撒币也要把它送上太空?——认识韦伯太空望远镜(一) – PanSci 泛科学

史无前例的望远镜设计,史上最高灵敏度

由於任何有温度的物体(包括望远镜本身)都会放出红外光,为了提高观测的灵敏度,望远镜必须越低温越好。 因此韦伯太空望远镜携带了各种「冷却设备」,以及五层如隔热纸一般薄、如网球场一样大的「遮阳膜」。 ​ 

望远镜的位置也是一大关键,需要放在长期背向太阳、距离地表 150 万公里的轨道中,让韦伯太空望远镜可以绕行在太阳与地球重力影响的一个稳定点 L2。​相较之下,哈伯太空望远镜则是距离地表 545 公里。

韦伯太空望远镜主镜的直径是 6.5 公尺,哈伯太空望远镜为 2.4 公尺,另外一个去年退役的红外光太空望远镜 史匹哲(Spitzer) 的主镜只有 0.85 公尺。望远镜的镜面越大,能够收集到的光也越多,让望远镜更灵敏。​韦伯太空望远镜的灵敏度比现有的望远镜高 50 – 100 倍,空间解析度在中红外光也提升了 2.5 到 7 倍。​

太空工程大跃进​

​工程技术层面,这次的任务需要挑战把一座网球场大小的望远镜发射到太空中。目前载货空间最大的火箭亚利安五号(Ariane 5)只能容纳约 5 公尺大小。 因此,韦伯太空望远镜必须要像「摺纸」一样,折成可以放入火箭的大小,进到太空中以後再展开。 ​这是太空工程的极大挑战, 韦伯太空望远镜的展开的过程必须要「万无一失」。

  • 延伸阅读:史上最大口径的 JWST 要如何塞进火箭?——认识韦伯太空望远镜(二) – PanSci 泛科学

必须完美的 29 天旅程

从发射开始,韦伯太空望远镜要经历长达 29 天的旅程,到达 L2 并展开到可以运行的样貌。 有几个时间点特别关键:​

发射後 27 分钟:韦伯太空望远镜脱离发射的火箭,脱离後望远镜就要靠自己了!​
发射後 33 分钟:展开太阳能板让韦伯太空望远镜有电可用​
发射後 12.5 小时:第一次的轨道修正(也是最关键一次), 韦伯太空望远镜要用携带的燃料推进到前往 L2 的轨道​
发射後 5-8 天:展开五层网球场大小的遮阳膜。展开的过程中有 107 个机关必须要同时启动去铺开这五层遮阳膜,任何一个机关失败,韦伯太空望远镜就没有办法进行原定的科学任务了​
发射後 10 天:放下第二反射镜​
发射後 13 天:展开主要反射镜。这时候韦伯太空望远镜就完全展开了!​
发射後 29 天:进行最後的轨道修正进入 L2​

​这段旅程中有超过 300 个「必须成功的步骤」!当韦伯太空望远镜到达 L2 後,科学任务就正式展开!仪器团队会先花几个月校正各项仪器,确保韦伯太空望远镜一切如设计般的运作,发射後六个月「观测任务」将会正式展开。​

  • 延伸阅读:太空巨兽 JWST 升空後的 150 万里长征—— 认识韦伯太空望远镜(三) – PanSci 泛科学

​主要研究方向

韦伯太空望远镜的设计可以用来进行各种的观测计画,包含前所未见的观测计画,大幅地推进我们对於宇宙的了解。​

  1. 了解宇宙诞生的过程:高灵敏度的红外光观测可以看到大爆炸之後初代的星系。​
  2. 了解星系的演化:观测宇宙不同时期的星系,像是暗物质对於星系的影响等等。​
  3. 也许会知道哪些行星是否适合人类居住:在红外光可以看到很多不同分子(像是二氧化碳、水、甲烷等)独特的光谱,透过韦伯太空望远镜我们可以量测系外行星的大气组成。​
  4. 恒星与行星形成的过程:恒星与行星刚形成时多半环绕着尘埃组成的云气,有点像是我们常看到的云雾,挡住了视线。而红外光观测可以看透这些云气。​
  • 延伸阅读:浅谈 JWST 的科学意义:探索宇宙深处与尘埃後的外星世界!——认识韦伯太空望远镜(四)– PanSci 泛科学

相关连结:

  • 韦伯望远镜发射的实况转播
  • 韦伯望远镜网站
  • 韦伯望远镜发射跟展开的各项细节
  • 韦伯望远镜追踪器

延伸阅读:

  1. 出事了哈伯!细数哈伯太空望远镜 31 年来的维修升级史 – PanSci 泛科学
  2. 天文学未来 10 年的 3 大目标:探索适居行星、动态宇宙与星系演化—— Astro2020 报告 – PanSci 泛科学

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