黄金冲浪者詹姆斯·韦布望远镜等待升空

编译 乔琦

新空间望远镜的筹建需要大量的时间、资金和人力。其实，早在哈勃空间望远镜于1990年升空入轨之前，天文学家就开始督促美国宇航局（NASA）把哈勃继任者的规划提到议事日程上来了。那个时候，他们认为，这架全新的空间望远镜耗资不可能超过10亿美元，并且能在21世纪的头十年就准备妥当。

如今，30年过去了，在历经多场事故、预算危机以及国会方面的项目取消风波后，总耗资已达88亿美元的詹姆斯·韦布空间望远镜终于万事俱备了。按照美国宇航局现在的计划，这架望远镜最早将于2021年10月31日搭载欧洲空间局的阿丽亚娜5型火箭，从法属圭亚那的一个基地发射入轨。

最近，在美国天文学会的一次会议上，技术员和工程师展示了完整的詹姆斯·韦布空间望远镜，但愿这是它在地面上与人类相伴的最后时光。

加利福尼亚雷东多比奇诺斯洛普·格鲁门公司的设备工厂里，詹姆斯·韦布空间望远镜的遮阳板正在接受最终测试

“望远镜下一次以这种方式呈现的时候，” NASA詹姆斯·韦布空间望远镜项目科学家埃里克·史密斯（Eric Smith）说，“它就在月亮轨道之外了。到那个时候，它在地球上的我们看来，就是一个亮度大概为17等的点源。”

望远镜完全在洛杉矶诺斯洛普·格鲁门公司的洁净室里组装完成。美国天文学会的这次会议是一次虚拟大会，从会上展示的画面来看，詹姆斯·韦布空间望远镜就像一朵骑在冲浪板上的巨大向日葵。这朵向日葵的花瓣由18片镀金六边形金属铍构成，它们连接在一起，形成了一个直径超过20英尺的大盘子。那块未来将会永远飘在月球轨道之外的冲浪板则由5层叫作卡普顿的塑料构成，它们是望远镜的遮阳板，能够保护后者免受太阳热量和太阳光的破坏。

这架全新的空间望远镜得名于美国宇航局前局长詹姆斯·韦布（James Webb），正是他领导了大名鼎鼎的阿波罗计划。詹姆斯·韦布空间望远镜比闻名遐迩的哈勃空间望远镜大了差不多3倍，分辨宇宙尽头昏暗星系和恒星的能力增强了7倍。

为了能搭载欧洲空间局的阿丽亚娜5型火箭进入太空，望远镜的遮阳板和主镜都会先折叠起来，然后再于发射升空后的第一个月内在距我们100万英里之遥的地方，通过总共约180步的操作展开。在过去的几年里，相关人员反复操练了整个流程中的每一步。

在项目早期的一次演练中，遮阳板坏了，耽搁了计划进度。当然，这只是韦布空间望远镜无数次延期中的一次而已。

工程师们认为，他们现在已经搞定了这个问题，但一谈起望远镜将来要在外太空展开并接受相关测试，他们仍旧把这段时光看作长达6个月的恐怖期。此外，史密斯博士说，卡普顿上还有几个半英寸长度的小裂缝需要修补。

韦布望远镜的主要任务是探索哈勃无法企及的宇宙历史。从宇宙拥有时间这个概念算起，大约过了1.5亿～10亿年之后，第一批恒星和星系诞生了，它们开始在大爆炸末期充斥着的昏暗氢气雾中熊熊燃烧。然而，这一切究竟是怎么发生的？我们目前还没有答案。

要想完成这项任务，韦布望远镜就必须把工作波段调到人眼和哈勃望远镜看不到的那些光上去。由于宇宙膨胀会不断推动那些最早形成的星系和恒星以越来越快的速度远离我们，它们发出的光就会红移到更长的波长。救护车飞驰而过时，警笛声会随着它的远去而变得越发低沉，这个现象就和天体的红移很是类似。

因此，早期星系发出的蓝光——那是新生恒星的摇篮——经历了130亿年最终到达地球时会拉长成我们看不到的红外波段的光，也即热辐射。

也就是说，韦布望远镜将会通过我们人眼看不到的宇宙明信片拿到那些遥远星系的信息。不过，要想探测到那些微弱的热辐射，望远镜本身的温度必须保持在极低的状态——不能超过45K（-228℃），——这样才能保证它自身散发的热量不会掩盖住来自外太空的微弱热辐射。遮阳板的作用就在这里，它能让望远镜始终处于低温状态。

事实证明，红外波段同样也是研究系外行星（属于其他恒星的世界）的理想窗口。1996年，卡内基天文台阿兰·德雷斯勒（Alan Dressler）领衔的团队发布了一份名为《哈勃空间望远镜及其他，探索、搜寻宇宙的起源：紫外-可见光-红外空间天文学展望》的重要报告，支持通过红外波段研究系外行星的方法。

这个团队极有远见。他们发布这份报告的时候，我们只认证了三个系外行星，但在那之后的几十年里，也就是在韦布望远镜项目步履蹒跚之时，系外行星领域的研究蓬勃发展。美国宇航局的开普勒望远镜发现了成千上万个系外行星，这就意味着可能有多达数亿个系外世界可供天文学家和韦布空间望远镜观测。

实际上，在系外行星领域，韦布空间望远镜最值得期待的早期成果之一就是距地球仅40光年之遥的“特拉比斯特-1”系统（Trappist-1）中的行星。这个系统总共包含7颗行星，其中有3颗是地球大小的岩石行星，且位于所谓的宜居带（可能存在水）中。韦布空间望远镜可以做的研究有很多，其中之一就是通过观测这些行星和它们所属恒星发出的星光之间的作用方式得到它们的大气组成——要想确定这些潜在的宜居行星究竟是否宜居（甚至是否已有生物在上面栖息），探明其大气组成是必不可少的第一步。

韦布望远镜的航天器部分—组装起来的遮阳板和航天器总线—正在诺斯洛普·格鲁门公司接受声波测试

在对望远镜的光学设备展开环境测试期间，工程师伊林·威尔逊给电缆缠上了铝带，以防电缆受冻后产生故障

让望远镜落到环境测试设备上。韦布空间望远镜实在是太大了，必须折叠起来才能装到搭载的阿丽亚娜5型火箭上

年轻的天文学领域

在纳撒尼尔·卡恩（Nathaniel Kahn）导演的新纪录片电影《寻找B行星》（The Hunt for Planet B）中，韦布望远镜对地外生命的搜寻是重头戏。多少有些令卡恩先生意外的是，这部于三月西南偏南电影节上首映的电影其实也记录了天文学中的一场社会革命——也即系外行星研究领域的许多领导者都是女性。

其中的代表人物比如：地外文明搜寻研究所的吉尔·塔特（Jill Tarter），她是寻找地外文明的先驱；加州大学圣克鲁兹分校的娜塔莉·巴塔拉（Natalie Batalha），她是开普勒项目的领导人之一，现在正筹划韦布望远镜的观测计划；威斯康星大学的玛格丽特·特恩布尔（Margaret Turnbull），她是宜居行星方面的专家，之前甚至是威斯康星州州长候选人，卡恩先生曾在她照料后院中的蜂房时采访过她；诺斯洛普公司的工程师艾米·洛（Amy Lo），她的主要工作是把韦布望远镜的所有部件整合到一起，业余时间会用来设计赛车。

“我怎么想并不重要，”塔特博士在被卡恩先生问及对宇宙生命的看法时说，这个领域目前还没有绝对权威，更没有牧师，“在这个问题上，我们不是在讨论宗教，我们研究的是科学。”

卡恩先生曾凭借他导演的电影《我的建筑师》（My Architect）和《两只手：莱昂·弗莱舍的故事》（Two Hands:The Leon Fleisher Story）获得奥斯卡奖提名，前者讲述的是卡恩的父亲建筑师路易斯·卡恩（Louis Kahn）的故事，后者的主人公则是一位因为神经疾病而失去了一只手的钢琴家。卡恩一直是个天文迷，他原本打算拍摄一部关于建造望远镜的电影，但他在接受采访时表示，拍电影的一大乐趣就是：“你本来想拍的某个主题，就比如说韦布空间望远镜，会自然而然地演变成一个更为深刻的故事，比如女性在天文学前沿领域中大展拳脚。”

麻省理工学院行星专家萨拉·西格尔（Sara Seager）的故事成了卡恩影片主要叙事框架的重要组成部分，她称，女性在这个领域异军突起完全合理。“地外行星是一个全新的领域，从定义上说，这个领域就不可能由那些老男人们统治，”西格尔在接受《纽约时报》采访时说，“实际上，年龄较大的科学家不太愿意突然跃入这样一种看似颇有风险的全新领域，于是，就很少有人（甚至可以说完全没有）会把对女性的偏见带到这个领域中来。”

地外文明搜寻研究所的吉尔·塔特

诺斯洛普公司的工程师艾米·洛

玛格丽特·特恩布尔在《寻找B行星》中的剧照

加州大学圣克鲁兹分校的娜塔莉·巴塔拉

西格尔博士回忆说，她第一次参加宇宙学会议时震惊地发现，几乎所有发言者都是头发或灰或白的男性。“宇宙学研究领域的环境就是不适合新人加入，”她说，“但在系外行星的分会场上，所有发言人都不超过40岁，并且大多数都在30岁以下。”

巴塔拉博士则称，系外行星领域最初也是由男性领导的，比如日内瓦天文台的米歇尔·迈耶（Michel Mayor）和迪迪埃·奎洛兹（Didier Queloz），他俩因发现第一颗系外行星而同菲利普·皮布尔斯（Phillip Peebles）分享了2019年的诺贝尔物理学奖。此外还有NASA埃姆斯研究中心的威廉·伯鲁奇（William Borucki），他构思并领导了开普勒项目。不过，自他们之后，女性在这个领域异军突起、大步前进。

“与系外行星科学领域的资深女性们对话，你就会发现我们所有人的故事都不尽相同，”巴塔拉博士称，“我们凭借各自的优势在这个行当中生存下来，也因为各自的原因留在这个领域中。另外，既然现在我们已经打下了这样的基础，那么或许能为其他年轻女性追寻这项事业提供些许便利。”

朝着过去前进

根据空间望远镜科学研究所克里斯汀·陈（Christine Chen）在韦布望远镜展示和讲述会上提供的数据，截至目前，已有来自全球44个国家、美国45个州再加上哥伦比亚特区和维京群岛的4 332名天文学家提交了计划，竞争参与韦布空间望远镜的第一轮观测。其中，大约有31.5%的研究者是女性，这也与近期天文学博士学位有1/3授予女性的统计数据大致相符。

“我们这个项目，天生就具备多样性。”韦布望远镜项目负责人史密斯博士在最近的展示和讲述会上说。

他还补充道：“作为科学家，我们还知道，宇宙很少通过符合我们现有理论或模型的数据展示自己的本来面目。相反，正是那些出乎我们意料的数据让我们一步步地接近了宇宙真相。因此，正如我们知道必须抛弃先入为主的概念理解新数据那样，要想更好地认识宇宙，我们在构思和实施项目时就必须力求囊括尽可能多的不同视角。”

2006年，搭载着卫星的一枚阿丽亚娜5型火箭在法属圭亚那库鲁发射升空

韦布空间望远镜在秋天的发射升空将是今年空间科学的大事件之一。此外还有下一次火星探测行动。按照计划，今年冬天，最新一批探测舰队就将登陆这颗红色星球。

如果能继续保持这个节奏，那么我们或许就能在接下去的50年中知晓生命是否以某种形式生存在附近的宇宙空间之中，无论它们是隐藏在巨行星卫星的冰层之下，栖息在火星的岩层深处，还是生活在某种外星沼泽的酷热之中。这方面的任何线索都将是我们朝着认识自身起源这个目标迈出的一大步。

正如德雷斯勒博士和共同作者在他们1996年的报告中写到的那样：“20世纪天文学的一项重大胜利是证明了这样一个概念为真，我们的起源——或许也是我们的命运——就潜藏在恒星的背后。”他们还写道：“关于人类存在的宏大主题正越来越多地投射到太空中。”这显然是暗指电影、电视剧和图书中相关主题科幻小说的流行。

“我们要想在物理层面上进入广袤的宇宙，或许还需要未来数代人的努力，”德雷斯勒博士等人总结说：“但我们的思想已经生活在了宇宙时代。”

资料来源 The New York Times