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詹姆斯·韦伯望远镜:触及宇宙中曾经遥不可及的角落

日期:2022年07月03日

       据外媒报道, 美国宇航局的詹姆斯韦伯望远镜目前计划于 2021 年 3 月发射。而这是在经历了多年的延误和数十亿美元的资金之后。尽管浪费了大量的时间和金钱, 但这台望远镜在红外线下毫无疑问, 让我们能够到达曾经遥不可及的宇宙偏远角落。从宇宙诞生后形成的第一批星系到外星生命的可能性, 耗资约97亿美元的詹姆斯韦伯望远镜将是我们更多了解宇宙万物的希望。惧怕寒冷 尽管詹姆斯韦伯太空望远镜(简称 JWST)被誉为美国宇航局传奇哈勃的继任者,

但事实并非如此。哈勃望远镜主要是一个光学望远镜, 能够捕捉到与人眼相似的波长范围内的光, 只是稍微扩展了红外和紫外波长。
       就其本质而言, 哈勃望远镜就像一个巨大的眼球, 在太空中运行, 不断地回射令人惊叹的照片。如果你的感光器和它一样强大, 你就可以亲眼看到这些惊人的景象。詹姆斯韦伯望远镜并非如此。它将完全在红外波长中观察, 几乎不接触人眼能看到的最红波长。换句话说, 它将研究一个人类几乎看不见的宇宙。詹姆斯韦伯望远镜采用这种方式设计的主要原因之一是难以从表面进行红外观测。天文学家想要进行观测和测量需要保证夜空晴朗, 但地面光污染严重限制了观测条件。
       而红外光污染无处不在, 因为任何有温度的物体都会发出红外光。人体可以产生100瓦的红外线辐射。地球本身也很热, 在红外波长下显得明亮而耀眼。甚至望远镜本身在室温下也会发出红外辐射。总之, 我们从地面进行红外天文观测并非不可能, 但难度极大。因此, 我们选择将詹姆斯韦伯望远镜放置在太空中。远离家乡以避免地球红外光的影响, 詹姆斯韦伯望远镜将在距地球 150 万公里的距离运行。尽管距离地球很远, 但太阳也是一个问题。你一定感受过夏天户外的灼热阳光, 那就是红外线辐射。即使在距离地球数百万公里的地方, 太阳的热量也不容小觑。为此, 红外太空望远镜的设计者有多种选择。最常见的是使用主动冷却系统将望远镜冷却到适合在红外线中观察的水平。这是一种很好的方法, 之前已经在其他红外太空望远镜中使用过。但这也限制了望远镜的工作寿命,

因为一旦冷却剂耗尽, 天文观测就无法继续。所以詹姆斯韦伯望远镜将凭空出现, 带着一把昂贵的巨型太空伞。这把伞长22米, 宽11米, 由五层高反光材料制成, 每一层都小于一根头发丝的直径。这个巨大的遮阳伞可以让望远镜保持在阴影下, 温度不超过-223摄氏度, 适合在目标红外波段观察。然而, 望远镜上的仪器将使用一个可以吸收更长波长红外光的主动冷却系统冷却到-258摄氏度。科学的力量 总而言之, 詹姆斯韦伯望远镜是如此巨大, 以至于它无法装在火箭上。除了那个巨大的遮阳伞外, 它的主镜直径为 6.5 米, 远大于目前服役的任何火箭。由于镜子不能粘在火箭的侧面, 聪明的 NASA 工程师决定将镜子分成 18 个较小的六边形, 这些六边形可以与折叠的遮阳伞和望远镜的其余部分一起塞进火箭。
       如果一切顺利, 詹姆斯韦伯望远镜发射几天后, 它将飞向观测地点, 将镜子和遮阳伞部署到位, 开始观测任务。它的观察结果将非常令人惊讶。望远镜的主要观测对象之一将是早期宇宙, 当时宇宙只有几亿年的历史。
       第一批出现的恒星和行星曾经在可见光下耀眼夺目。但在过去的130亿年里, 宇宙逐渐膨胀, 导致这些射线的波长越来越长, 最终离开可见光, 落入红外光波段, 这正是詹姆斯韦伯的理想观测范围望远镜。由于没有留下第一批恒星和星系形成的照片,

这将是我们对宇宙历史上这一重要时期的看法。詹姆斯韦伯望远镜将观察宇宙冰冷中的一切待研究的物体, 包括新生恒星周围的原行星盘、分子云、彗星、柯伊伯带等。该望远镜还将使用一种特殊装置来阻挡来自一些遥远恒星的光线, 使其能够捕捉到从这些恒星前方经过的任何物体, 例如系外行星。这些行星在红外线中显得非常明亮, 它们发出的光使我们能够分析行星大气中的化学物质和元素, 并可能发现生命迹象。总之, 从寻找外星生命到揭开宇宙黎明的真相, 詹姆斯韦伯望远镜一定会不负我们多年的等待。 (叶子)

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