新一代太空望遠(yuǎn)鏡將揭開(kāi)五大宇宙之謎

曹淼

被譽(yù)為“哈勃望遠(yuǎn)鏡繼任者”的新一代太空望遠(yuǎn)鏡——詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃于2021年10月31日發(fā)射。屆時(shí)，人類(lèi)將邁入太空探測(cè)的新紀(jì)元。

望遠(yuǎn)鏡變太空臺(tái)

詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡不像哈勃空間望遠(yuǎn)鏡那樣圍繞地球上空旋轉(zhuǎn)，它將被發(fā)射到在地球背向太陽(yáng)的150萬(wàn)千米的太空。韋伯望遠(yuǎn)鏡重6.2噸，只有哈勃望遠(yuǎn)鏡11噸的一半多。如果折疊起來(lái)，該望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)21米，寬14米。

韋伯望遠(yuǎn)鏡大致可以分為五個(gè)部分。最底下的是航天器總線(xiàn)系統(tǒng)，絕大多數(shù)精密的控制裝置和零件裝在這里面;第二個(gè)部分是跟航天器總線(xiàn)系統(tǒng)裝置在一起的高倍放大天線(xiàn)，它們能把大量的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)快速地傳輸?shù)矫绹?guó)宇航局;第三個(gè)部分是航天器總線(xiàn)系統(tǒng)正前方的恒星追蹤器，這小型望遠(yuǎn)鏡將用來(lái)觀(guān)測(cè)星圖，并引導(dǎo)、輔助第五部分的鏡面系統(tǒng)進(jìn)行瞄準(zhǔn);第四個(gè)部分就是航天器總線(xiàn)系統(tǒng)上方的一個(gè)大型平臺(tái);第五個(gè)部分的鏡面系統(tǒng)就裝在平臺(tái)上面，因此，將韋伯望遠(yuǎn)鏡稱(chēng)為韋伯太空臺(tái)也不為過(guò)。平臺(tái)里面裝有防曬系數(shù)達(dá)100萬(wàn)（日常防曬護(hù)膚品只有50左右）的太陽(yáng)罩，不僅能幾乎完全地遮擋陽(yáng)光，還能隔絕任何可疑的熱源，以防止它們干擾探測(cè)。

鏡面系統(tǒng)就是“望遠(yuǎn)鏡”。直徑達(dá)6.5米，是哈勃望遠(yuǎn)鏡的5倍還要多，而其視野，或者說(shuō)接收所探測(cè)的光的面積是哈勃望遠(yuǎn)鏡的15倍。鏡面系統(tǒng)由18塊鍍了金的鈹鏡組成，這18塊鈹鏡都能單獨(dú)地進(jìn)行調(diào)整，因?yàn)樗鼈兏髯远佳b有精密的馬達(dá)、移動(dòng)和傳動(dòng)裝置。鏡面系統(tǒng)觀(guān)測(cè)的數(shù)據(jù)會(huì)傳送到背面緊貼著的集成科學(xué)儀器進(jìn)行初步的處理。之后，集成科學(xué)儀器會(huì)把處理完的數(shù)據(jù)通過(guò)高倍放大天線(xiàn)，傳送到地面。

更進(jìn)一步地了解宇宙

功能強(qiáng)大的韋伯望遠(yuǎn)鏡將會(huì)幫助科學(xué)家解答更多的宇宙之謎。

第一個(gè)宇宙之謎：宇宙大爆炸之后，過(guò)了2億年，那時(shí)發(fā)生了什么？科學(xué)家目前認(rèn)為，宇宙第一批恒星就在那時(shí)形成。這批恒星主要由氫和氦組成，而且比現(xiàn)在的恒星要大上許多?；蛟S因?yàn)橘|(zhì)量過(guò)多，它們的反應(yīng)也過(guò)快，不久之后它們就發(fā)展成超新星，然后在爆炸中結(jié)束了自己的一生，而它們?cè)诒ㄆ陂g向外噴射的物質(zhì)，成為了如今各大恒星反應(yīng)的主物質(zhì)。但事實(shí)真是如此嗎？

韋伯望遠(yuǎn)鏡可以觀(guān)測(cè)到更長(zhǎng)波長(zhǎng)的電磁波，大約是哈勃望遠(yuǎn)鏡可觀(guān)測(cè)的最長(zhǎng)波長(zhǎng)的20倍。理論上，韋伯望遠(yuǎn)鏡可以看到從宇宙誕生之日算起，1.5億至2.5億年的光線(xiàn)。到時(shí)，它可以提供一些線(xiàn)索，來(lái)幫助科學(xué)家檢驗(yàn)他們故事的真實(shí)性。

我們?nèi)缃窨吹降哪贻p星系大多是橢圓形、螺旋形或棒旋形等和諧的形狀，而且它們還都至少與其他星系經(jīng)歷了一次碰撞和合并。按照這一趨勢(shì)，星系應(yīng)該是保持規(guī)則的形狀，然后變得越來(lái)越大。但是，年紀(jì)較大的星系的表現(xiàn)卻是另一個(gè)樣，它們更小，且形狀混亂，沒(méi)有規(guī)則。鑒于韋伯望遠(yuǎn)鏡可以看到更早時(shí)期的光線(xiàn)，它或許可以告訴科學(xué)家為什么會(huì)這樣，而這是第二個(gè)宇宙之謎了。

第三個(gè)宇宙之謎是關(guān)于暗物質(zhì)的，韋伯望遠(yuǎn)鏡也將是科學(xué)家尋找暗物質(zhì)的好幫手。由于暗物質(zhì)不跟任何電磁波產(chǎn)生作用，只通過(guò)引力影響著其它物質(zhì)，所以科學(xué)家無(wú)法直接觀(guān)測(cè)到暗物質(zhì)。但科學(xué)家可以對(duì)暗物質(zhì)進(jìn)行間接觀(guān)測(cè)。由于韋伯望遠(yuǎn)鏡對(duì)光線(xiàn)更加敏感，因此它可以根據(jù)暗物質(zhì)對(duì)遙遠(yuǎn)星系傳來(lái)的光所造成的引力透鏡效應(yīng)，來(lái)尋找暗物質(zhì)存在的蹤跡。

第四個(gè)宇宙之謎：除了地球外，還有其它行星誕生生命了嗎？韋伯望遠(yuǎn)鏡還將幫助科學(xué)家對(duì)系外行星（太陽(yáng)系以外的行星）進(jìn)行探索。其中最讓科學(xué)家期待的是對(duì)trappist-1星系的探測(cè)。trappist-1星系是距離太陽(yáng)系39.13光年的另一個(gè)恒星系，在這個(gè)恒星系里，有3顆行星處在宜居帶里。下一步，科學(xué)家將用韋伯望遠(yuǎn)鏡來(lái)探測(cè)和分析trappist-1星系里的恒星經(jīng)過(guò)這3顆行星大氣層的光，看看這3顆行星的大氣成分，以間接地了解它們上面是否有可能誕生生命。

第五個(gè)宇宙之謎則是關(guān)于太陽(yáng)系的。首先，盡管冥王星已經(jīng)不在行星之列，但科學(xué)家從沒(méi)停止對(duì)它的探索，而目前關(guān)于冥王星的圖片和影像依然是模糊一片，冥王星的真實(shí)面目還未被人類(lèi)所知。韋伯望遠(yuǎn)鏡可以為科學(xué)家?guī)?lái)更高清的冥王星圖片，從而揭示冥王星的真面目。另外，科學(xué)家對(duì)于來(lái)自?shī)W爾特云（被認(rèn)為是太陽(yáng)系彗星的起源地）的彗星的觀(guān)測(cè)，目前還只停留在亮度、大小、強(qiáng)度和彗尾的研究，還無(wú)法對(duì)彗星的本體直接進(jìn)行研究。在韋伯望遠(yuǎn)鏡的幫助下，科學(xué)家有機(jī)會(huì)對(duì)彗星本體進(jìn)行首次直接的觀(guān)測(cè)和研究。由于彗星通常是太陽(yáng)系行星形成初期遺留下來(lái)的物質(zhì)，未來(lái)對(duì)彗星本體的觀(guān)測(cè)有可能為地球的起源提供線(xiàn)索。

就讓我們拭目以待，看看韋伯望遠(yuǎn)鏡未來(lái)會(huì)給我們揭示出怎么樣的一個(gè)宇宙。