詹姆斯·韦伯太空望远镜

沈臻懿

詹姆斯·韦伯太空望远镜传回的拍摄照片

当我们仰望星空，面对浩瀚无际的茫茫宇宙时，总是满怀着种种好奇和疑问——宇宙究竟是怎样诞生、起源和演化的？在地球之外，有没有外星人或者其他类地生命的存在？为了找到这些问题的答案，人们利用詹姆斯·韦伯太空望远镜开启了一段神奇的太空之旅。

詹姆斯·韦伯太空望远镜的前世今生

2023年1月23日，《自然》杂志发表了一篇名为《2023年最值得关注的七项新技术》的文章，其中一项新技术便是詹姆斯·韦伯太空望远镜。

詹姆斯·韦伯太空望远镜项目作为哈勃太空望远镜的后继者，最初启动于1996年。或许谁都未曾想到，这一当前世界上最为复杂且功能最为强大的太空望远镜，历经预算的不断追加和无数次的推迟发射——从最初5亿美元的预算，到实际耗资近100亿美元。在历时20多年的漫长等待后，这台代表了人类顶尖科技的太空望远镜，于法国当地时间2021年12月25日13时15分搭载阿丽亚娜5（Ariane5）重型运载火箭，在法属圭亚那的库鲁航天中心发射升空，远赴150万公里之外的太空目的地——日地拉格朗日L2点。

詹姆斯·韦伯太空望远镜的总质量为6.2吨，约为哈勃太空望远镜的一半，但其口径却比哈勃太空望远镜的2.4米大很多，达到了6.5米。要知道，太空望远镜的口径越大，分辨率也越高，看到的细节便更清晰。同时，它还能收集到更多的光子，并看到更弱、更暗的天体。詹姆斯·韦伯太空望远镜的光学部件包括了主镜、次镜、三级镜以及微调镜。这种“三反射镜消像散结构”可令来自宇宙的光经过一系列光学部件形成三次反射，并最终抵达成像的传感器中。为了减少来自太阳和地球的干扰，詹姆斯·韦伯太空望远镜在面对太阳处支起了一把展开后足有一个网球场大小的聚酰亚胺薄膜“遮阳伞”。相较于防晒化妆品数十单位的日光防护系数（Sun Protection Factor，SPF），聚酰亚胺薄膜“遮阳伞”的SPF高达100万！

未来值得期待的尖端科技

詹姆斯·韦伯太空望远镜的结构之复杂，曾一度令科学家们对其能否按预期展开工作倍感紧张。从其发射伊始，各项精密仪器就要经受搭载火箭轰鸣升空的剧烈震荡和摇晃。由于体型庞大，詹姆斯·韦伯太空望远镜以折叠分段式的状态放置在火箭整流罩内发射。进入太空后，科学家需要以遥控方式将其展开，并令包括8台展开电机、140个释放机构、70个铰链组件、90根电缆、400个滑轮在内的每一个精密结构完美就位，这也成了詹姆斯·韦伯太空望远镜得以正常工作的“最难一环”！在过去的一年多时间里，詹姆斯·韦伯太空望远镜还遭遇了数次微陨石撞击、中红外仪器故障以及软件问题等多次险情。

展开后足有一个网球场大小的聚酰亚胺薄膜“遮阳伞”

詹姆斯·韦伯太空望远镜的主镜

所幸，经受住了各类考验的詹姆斯·韦伯太空望远镜，自2022年7月发回第一批正式照片起，就让科学家们倍感惊喜，并对其未来抱有高度期待。在这些照片中，科学家们甚至还发现了一些距离我们异常遥远，存在于宇宙诞生之初的星系。那么，通过詹姆斯·韦伯太空望远镜为什么能看到过去的古老天体呢？这就不得不提到其借助的红外探测优势。相较于可见光和紫外光，红外光波长较长的特点能让其绕过某些尘埃而看到隐匿在其背后的天体。随着宇宙的不断膨胀，那些古老天体发出的光向着光谱的红端移动，并形成所谓的“红移效应”。唯有利用红外探测设备，才能捕捉并观察到相关现象。

这就意味着詹姆斯·韦伯太空望远镜具有哈勃太空望远镜或者是地球上其他更大的望远镜都无法比拟的高清优势。在过去的数十年间，人们已经通过哈勃太空望远镜知悉了有关宇宙年龄、星系中心的黑洞等秘密。如果运行状况良好，詹姆斯·韦伯太空望远镜在日地拉格朗日L2点运行的工作寿命应为10年以上，甚至还有可能更长。可以肯定的是，詹姆斯·韦伯太空望远镜不仅是2023年最值得关注的新技术之一，其在未来还可能进一步揭开神秘宇宙的“面纱”！

“宇宙时光机”般的詹姆斯·韦伯太空望远镜

詹姆斯·韦伯太空望远镜的观测任务目标中，包括了探寻“宇宙大爆炸”后出现的第一批星系、超新星和黑洞等天体，以观测星系随时间推移而演化的过程等。随着詹姆斯·韦伯太空望远镜的成功启用，其就如同一臺“宇宙时光机”，可帮助人们穿越到70亿至130亿年前的宇宙，窥探几乎处于“大爆炸”同期的宇宙形态！

从詹姆斯·韦伯太空望远镜传回的拍摄照片中，科学家们观测到了138亿年前的星系，这如同穿越了时空隧道来到宇宙刚初生的时期。这种时光穿梭的体验，来自光的传播。这就好比我们站在地球上，抬头看到的太阳实则是8分钟之前的太阳。这是因为光需要一定时间，才能从一个地方传播至另一地方。太阳光到达地球需要足足8分钟。对于整个宇宙来说，由于其距离异常之大，我们看到的天体，实则是经过光的漫长传播后所展现出来的它们过去的样子。

研究团队经过细致分析詹姆斯·韦伯太空望远镜发送的数据信息后，发现了两个异常红且异常明亮的星系。经过科学家分析，这两个星系分别存在于“宇宙大爆炸”之后的3.5亿年和4.5亿年左右。前者甚至被认为是人类目前已知的最为古老且遥远的星系，并打破了在2016年由哈勃太空望远镜发现的GN-z11星系所保持的最古老纪录（存在于“宇宙大爆炸”之后约4亿年）。这两个星系不仅尤为古老，且甚为庞大。根据测算结果，这两个星系相较于银河系而言，堪称巨无霸——其质量达到了银河系的数百倍，且拥有千亿计的如同太阳一般大小的恒星。

詹姆斯·韦伯太空望远镜除具有“宇宙时光机”的效用外，甚至还有着作为探寻地外行星生命迹象的“生命探测器”潜质。氧元素是一种重要的生命迹象信号，氧气的存在是证实地外行星是否存在生命可能的关键。以地球为例，其大气层中的氧含量达到了21%左右。詹姆斯·韦伯太空望远镜可通过对太阳系外类地行星上的大气层的观测，来筛选是否存在与地球大气层相近的天体，从而探索太阳系外的生命迹象。

编辑：黄灵  yeshzhwu@foxmail.com