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耗资96亿美元,历时25年,探索宇宙终极奥秘的最强望远镜于发射升空
2021/12/24 11:36:16 | 浏览:519 | 评论:0
耗资96亿美元,历时25年,号称史上最强的太空望远镜终于发射升空了。然而,想要等它正式展开工作,还需要差不多6个月的时间。为什么要这么久?它还需要做什么?

(图片说明:整装待发的詹姆斯·韦布太空望远镜)

耗资96亿美元,历时25年,探索宇宙终极奥秘的最强望远镜于发射升空

北京时间12月25日20:20:50(美国东部时间12月25日7:20:50),人类天文学迎来了里程碑式的事件:号称史上最强的望远镜——詹姆斯·韦布太空望远镜(简称JWST)终于发射升空。从1996年提出概念开始,它经历了整整25年的时间,经过多次推迟,耗资超过96亿美元,如今终于发射升空了。

(图片说明:詹姆斯·韦布太空望远镜发射升空)

耗资96亿美元,历时25年,探索宇宙终极奥秘的最强望远镜于发射升空

27分钟后,望远镜和推进器分离,标志着望远镜的发射圆满成功,美国宇航局的工作人员不禁热烈鼓掌。

耗资96亿美元,历时25年,探索宇宙终极奥秘的最强望远镜于发射升空

天文学家介绍,这台望远镜的综合观测能力是著名的哈勃望远镜的10-100倍,可以观测到130亿光年以外的宇宙,甚至有可能看到136亿光年外,见证宇宙在诞生后仅仅2亿年的模样。对于人类天文学来说,这就像是睁开了另一只眼,让我们更清楚地观测这个宇宙。

(图片说明:詹姆斯·韦布太空望远镜)

耗资96亿美元,历时25年,探索宇宙终极奥秘的最强望远镜于发射升空

对于普通人来说,天文学专业知识似乎没有那么重要,但这并不妨碍大家欣赏更多精彩的太空照片。它的前任哈勃,为人类提供了无数壮美的宇宙图片。我们有理由期待,JWST同样会给我们展示宇宙的美丽。

大家最期待的问题就是,JWST什么时候能够开始投入工作,给世人展现它的第一张太空照片呢?

这个就需要大家耐心等待了,望远镜的升空才只是万里长征第一步,后面等着它的工作,还有很多呢!

(图片说明:实验室中的詹姆斯·韦布太空望远镜)

耗资96亿美元,历时25年,探索宇宙终极奥秘的最强望远镜于发射升空

我们知道,它的工作地点非常远,在距离地球150万公里的第二拉格朗日点。这里可以借助 地球的庞大身躯尽可能地遮住太阳光,同时望远镜也不需要额外的动力就能永远保持在这样的相对位置上,这样才能让它在最完美的环境下进行红外观测。这个距离可以说相当遥远了,望远镜要花掉整整29天的时间,才能够来到这里。

注意,这也不是说它就完全就位了,只是到了大概的范围。接下来,它还需要进行一系列的调整,才能进入最终的位置上。其中最重要的,就是望远镜的展开。

(图片说明:JWST将在150万公里外运行)

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这样的展开过程,对于美国宇航局来说是非常具有挑战性的,因为他们此前从未进行过同样难度的尝试。JWST上的所有部件都是单独的,没有备份,任何一点点失误,都有可能导致这个耗资近100亿美元的史诗级项目付诸东流。

难怪美国宇航局负责这个项目的首席任务系统工程师Mike Menzel说:“韦布的展开可谓是我们进行过的最为复杂的航天器活动。”

(图片说明:JWST尺寸太大,以至于必须要折叠才能放进火箭整流罩中)

耗资96亿美元,历时25年,探索宇宙终极奥秘的最强望远镜于发射升空

在进入太空之后,JWST需要首先激活它的太阳能电池板,为后续任务收集能量。随后,它会部署自己和地球之间通讯的高增益天线,这是望远镜和地面进行联系的关键。接下来,它就会迎来一个漫长的展开过程。

首先要展开的部分,就是它的遮阳罩。即便处于地球的阴影之中,JWST也需要额外的遮阳板来阻挡残余的阳光,才能保证观测效果。

如此先进的望远镜,配备的遮阳罩也是非常高端的。这个遮阳罩面积非常大,相当于一个网球场,一共有五层,是由超薄的聚酰亚胺材料制成的,具有非常优良的理化性质,可以将热量反射出去,确保望远镜在极低温的环境下正常运行。

(图片说明:遮阳罩的打开)

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如此巨大的遮阳罩,远远超出了火箭整流罩的尺寸,所以在发射之前它被折叠了起来。在进入太空后,遮阳罩也需要一个展开的过程,这个过程需要花上几天的时间。

遮阳罩打开后,JWST会展开一个三脚架,这里放置的就是它的副镜。主镜收集的光会集中反射到副镜上,再由副镜射到接收器中,供天文学家收集数据。

(图片说明 :副镜三脚架的展开)

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需要展开的不只是望远镜的遮阳罩和三脚架,还有它的主镜。JWST的主镜达到了6.5米,也超过了火箭整流罩的尺寸。天文学家没有办法,只好将主镜做成了18个小的单元,在发射前折叠起来装进整流罩内,到达预定位置后再展开。为了确保展开的顺利,技术人员在地面上进行过大量的展开测试。

即便如此,这也不意味着实战中的展开过程会很快速。整个展开过程非常复杂,将持续差不多2个星期的时间!在展开的过程中,技术人员必须小心翼翼,如履薄冰,一旦出现问题,将会导致望远镜无法正常工作。

(图片说明:JWST主镜的展开)

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要知道,为了保证望远镜的精度,技术人员将每一个单元的镜片都打磨得极其平整,误差仅有人类一根头发直径的1/10000!所以,望远镜的展开工作必须做到完美,才能够使18个单元达到完美的配合,像一块单独的镜片一样。

这个复杂的展开过程,将在29天的航行中进行。等到JWST来到150万公里外时,展开工作应该就结束了。

(图片说明:JWST的单个镜片)

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在所有这一切都结束之后,望远镜将会启动它自己的推进器,进行最后的位置调整,进入到预定的拉格朗日点。

这还没完事,望远镜本身携带了一定的热量,这不利于它进行红外观测。在躲进了地球的阴影中之后,它还需要相当长的一段时间来进行降温工作。望远镜需要大约2个月的时间,才能降温到适合它工作的温度——44K(大约-229℃);至于它的中红外仪,则需要更加寒冷的温度,也就是7K(-266℃),这个冷却过程需要100天左右。

这段期间,地面的技术人员也不会闲着,他们需要花3个月的时间校准主镜,再用2个月的时间对望远镜上的其他所有仪器进行调试,确保它能够在正式工作时保持最好的状态。

耗资96亿美元,历时25年,探索宇宙终极奥秘的最强望远镜于发射升空

所以说,尽管JWST已经顺利升空了,我们距离看到它正式工作,还需要等上一段时间。话说回来,25年都等了,还差这最后的几个月吗?根据美国宇航局的预测,最早在2022年夏天,我们就能够看到JWST传回来的第一张照片了!

而且,每年到了哈勃望远镜发射的“生日”,美国宇航局都会精心挑选一张图片作为哈勃的贺礼。这一次,JWST在圣诞节发射,相信以后每年圣诞节,它都会提供一张经典的太空图片。虽然我本人不过圣诞节,但这对于全世界过节的人来说,也算是一份额外的礼物了!

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