詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡

蘇光路

美國宇航局（簡稱NASA）當(dāng)然知道“哈勃”的設(shè)計壽命只有25年，這還是在一切順利前提下的樂觀估計?！肮钡膶嶋H使用情況已經(jīng)令NASA很滿意了。確定哈勃繼承者的計劃，早在“哈勃”還未上天時就已經(jīng)醞釀了。因為“詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡”耗資巨大，幾番超出原有預(yù)算， NASA不得不尋求與歐空局合作，所以才延誤了一些時間。

近日，“詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡”的最后一塊鏡面已經(jīng)安裝就位，2018年將擇機(jī)發(fā)射升空。天文學(xué)家相信這架造價接近百億美元的“詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡”一定會揭開人類天文學(xué)的新篇章。

“韋伯”肩負(fù)的

新使命

為了盡快看到宇宙大爆炸之初的情形，人類需要一個比“哈勃”更“火眼金睛”的探測使者深入太空。這個探測使者不僅能夠探測到宇宙初生時的景象，運(yùn)氣好的話還能深入地探測到大爆炸后形成的第一顆恒星的爆炸。此外，它也能揭開和銀河系最近星系的起源之謎，還能觀測到孕育了恒星和附屬行星的星云……這些都是科學(xué)家急于揭示的天文學(xué)之謎。

是的，我們需要一架視野更深邃的太空望遠(yuǎn)鏡。

為了達(dá)成這一目的，NASA和歐空局要求“詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡”的鏡面要足夠大，大到能捕獲來自第一代星系發(fā)出的微弱之光。此外，這個望遠(yuǎn)鏡還必須能抵御極低的溫度。因為溫度一旦超過零下223攝氏度，望遠(yuǎn)鏡本身的紅外熱輻射就會掩蓋掉微弱的光量子——這跟我們無法在燈火通明的地方看到螢火蟲的熒光是一樣的道理。項目組決定將這個探測使者安置在地球以外150萬千米軌道的第二拉格朗日點(diǎn)上。因為第二拉格朗日點(diǎn)是太陽和地球萬有引力疊加產(chǎn)生的穩(wěn)定區(qū)域，而位于此點(diǎn)的航天器都處于地球所投射的陰影之下，在那里，更容易讓航天器保持低溫。而在這樣的低溫下，“詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡”才能探測到在宇宙中漫游了130億光年的光線和熱量的痕跡。

負(fù)責(zé)“詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡”項目的首席科學(xué)家丹尼爾·戈登最初將主鏡面設(shè)定為直徑8米，后因大大超出預(yù)算，不得不將主鏡面直徑縮小為6.5米，這已是能夠觀測到宇宙大爆炸的第一縷光線的最低要求了。即便如此，它的主鏡面直徑也已經(jīng)是“哈勃”的3倍了，面積則是“哈勃”的5倍以上。

在實施過程中，設(shè)計團(tuán)隊遇到的第一個難題是超大塊頭的主鏡片，其次便是望遠(yuǎn)鏡所依賴的主體技術(shù)，這也是此前未曾嘗試過的。這個主體技術(shù)面臨著從高靈敏光探測儀到制冷系統(tǒng)等的各種挑戰(zhàn)，其中的制冷系統(tǒng)要使這架太空望遠(yuǎn)鏡一直保持在零下223攝氏度的極端低溫以下?！绊f伯”一旦發(fā)射，就將毫無退路，要么旗開得勝，要么前功盡棄——因為地球與第二拉格朗日點(diǎn)的距離是月地距離的4倍，我們根本沒有對它進(jìn)行維修的可能性。

雖已精益求精，

但仍需好運(yùn)眷顧

“詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡”的質(zhì)量為6.2噸，約為“哈勃”的一半，但它體積龐大，必須把它折疊起來，才能裝入一枚“阿里亞娜5型”運(yùn)載火箭的狹窄貨運(yùn)倉內(nèi)。這就對它的重量和尺寸都提出了嚴(yán)格的要求。于是，主鏡面被分割成18塊，每塊鏡片背部都裝有7個馬達(dá)，能夠在10納米的精度內(nèi)調(diào)整鏡片的形狀和朝向?！绊f伯”發(fā)射后，這些鏡片會在高精度的微型馬達(dá)和波面?zhèn)鞲衅鞯目刂葡抡归_。僅此一項就讓光學(xué)技術(shù)專家們承受了前所未有的壓力。

再看看這被分割成18塊的六角形鏡片，每個鏡面的拋光誤差不得超過10納米，同時鏡面也經(jīng)過專門琢磨，使其能夠在遮陽板陰影的極度嚴(yán)寒環(huán)境中保持正確形狀。在該計劃的早期，天文學(xué)家曾設(shè)想可以使用超低膨脹玻璃，因為在溫度改變時它的變形很小，但就是這很小的變形也足以使望遠(yuǎn)鏡完全失效，只得放棄。

天文學(xué)家最終選擇了鈹作為鏡面材料。選擇鈹作為鏡面材料，就意味著要花費(fèi)更多的設(shè)計時間，因為鈹需要更多的時間去拋光。NASA的工程師們從6年前就開始為鏡片進(jìn)行涂層處理，要涂上厚度僅為120納米、總重為3.4克的黃金，而120納米只是一個人頭發(fā)的1/200。涂層工作一直到2016年年底才全部完成。

在制造過程中，曾有一個測試無法進(jìn)行，令制造團(tuán)隊備感不安，那就是展開巨型遮陽板的過程是無法進(jìn)行測試的。巨型遮陽板19米長、11米寬，NASA沒有大到足夠進(jìn)行測試的低溫真空艙。最后，NASA不得不采用了相對冒險的方法：只測試望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵部件。至于升空后的最終結(jié)果如何，只能自求多福了。

盡管如此，丹尼爾·戈登仍顯得信心十足。他最大的愿望是“詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡”這個具有紅外線視覺的強(qiáng)大“時間機(jī)器”，不僅能夠窺探135億年前的宇宙狀況，發(fā)現(xiàn)宇宙最早期黑暗之中誕生的第一批恒星和星系，還會對人類搜尋外星生命做出具有里程碑意義的貢獻(xiàn)。