巨镜“韦布”今秋凌霄

初夏已到，国际天文界和航天界在热议：韦布空间望远镜（英文缩略词JWST，简称“韦布”）今秋真要一飞冲天了！届时，它将搭乘欧洲空间局（ESA）的阿丽亚娜5型火箭，从南美洲法属圭亚那的一个航天基地发射入轨。

“韦布”的研制工作始于20世纪90年代，起初称为“下一代空间望远镜”，2002年又以詹姆斯·韦布冠名。韦布是美国国家航空航天局（NASA）的第二任局长，在1961—1968年的任期内，卓有成效地领导推进了阿波罗计划和其他一些重大空间探测项目的实施。

作为NASA、ESA和加拿大空间局(CSA)的合作项目，“韦布”素有哈勃空间望远镜（简称“哈勃”）继承者之称。“哈勃”的主镜口径是2.4米，“韦布”则是6.5米，故其灵敏度约为“哈勃”的7倍。“哈勃”以接收来自天体的可见光为主，“韦布”则基本上是一架空间红外望远镜，观测波段从可见光红端（0.6微米）直至中红外（28.3微米）。“哈勃”的空间轨道高度约600千米，“韦布”则将定居于日地系统的第二拉格朗日点L2——在日地连线上与太阳相反一侧、距离地球约150万千米处……青出于蓝，“韦布”将完成“哈勃”力所不逮的许多任务，使人类认识宇宙的立足点更上一个新台阶。

研制空间望远镜从来不会一帆风顺。1975年，科普巨匠阿西莫夫（Isaac Asimov）在《洞察宇宙的眼睛——望远镜的历史》一书中向公众介绍：NASA打算研制一架大型空间望远镜。其实际进程则是：1981年美国为此组建空间望远镜科学研究所（STScI），1983年此镜以“哈勃”冠名，1985年研制“哈勃”近乎竣工。然而，1986年“挑战者号”航天飞机失事，发射哈勃的计划几近流产。幸好结局总算顺利，1990年4月24日“发现号”航天飞机携带“哈勃”顺利升空。

“韦布”的经历更奇特：1997年项目经费预算5亿美元，预期2007年发射上天；2002年经费预算增至25亿美元，预期发射时间推迟到2010年；2006年预算达到45亿美元，发射更推迟至2014年；2010年预算达65亿美元，预期2015—2016年发射；2013年预算增至88亿美元，预期2018年发射；2018年预算超出88亿美元，预期2020年发射。在经历各种意外事故、预算危机，国会险些取消项目之后，“韦布”终于箭在弦上，将于2021年10月上天了。

无数的技术细节都必须严格检验——称为苛求也不为过。例如，2017年7月开始对“韦布”的“光学望远镜和集成科学设备”（OTIS）模块进行一系列低温学真空测试，历时长达近百天。为了能探测到来自遥远天体非常暗弱的红外辐射，整个“韦布”必须维持在约40K（约-233℃）的极低温度，而且它的中红外设备（MIRI）还特别需要一个低温降温器，使其温度降至7K（-266℃）。这些检测在NASA约翰逊空间中心的真空室A中进行，该真空室的穹窿形密封大门直径就达12米，重达40吨！

完整的“韦布”外观活像一朵骑在冲浪板上的巨大向日葵。这“向日葵”的花瓣就是望远镜的主镜，全长20.197米，宽14.162米，由18块正六边形的反射镜面拼接而成。镜面材料是硬而轻的金属铍，外表镀金。

“冲浪板”是“韦布”的遮阳盾，由聚酰亚胺镀铝制成，上下共5层，每一层仅如人的头发丝直径那么厚。它可以保护望远镜免遭来自太阳、地球和月球（“韦布”位于日地系统的L2点，故日、地、月三者永远处于它的同一侧）的光与热的影响，确保仪器在低温下工作正常。

“韦布”的个头太大了，必须将其“冲浪板”和“向日葵”都折叠起来，才能作为阿丽亚娜5型火箭的“乘客”前往太空。在到达目的地之后，再通过约180步的操作重新展开，整个操作流程在前几年已演练再三。有一次遮阳板坏了，致使一再延期的计划又一次延期。2020年3月，新冠肺炎疫情使望远镜的组装和检测被迫推迟。

各种科学设备组装在一起的“韦布”，要在加利福尼亚州的诺斯洛普·格鲁门公司与飞船部分（即组装在一起的太阳帆和船舱）相整合，进行更广泛的最终测试。此事也已顺利完成。

不言而喻，“韦布”的研制团队会充分吸取“哈勃”的种种经验教训。例如，“哈勃”曾因一个低级错误而导致成像质量不佳，后来NASA于1993年12月2日用“奋进号”航天飞机将7名宇航员送入太空前往修复。他们给“哈勃”装上一个矫正透镜，其作用有如给人戴上近视眼镜，最终拍摄的天体照片质量极佳。然而，这样的错误却决不容许在“韦布”身上重演，宇航员不可能亲临远离地球150万千米的日地系统L2点去维修。如何杜绝此类隐患，“韦布”已有许多预案和举措。

在到达日地系统L2点之后，“韦布”还要进行一系列调试才能正式开展工作。天文学家们可真的急不可待了，有太多的事情正等着“韦布”去做。例如，当代天文学能够言之成理地推断，宇宙大爆炸之后过了几亿年，第一批恒星和星系开始诞生。但是，这一切究竟是如何发生的？揭秘其详情细节，就应该是“韦布”一显身手的用武之地。

再如探索系外行星——太阳系外环绕其他恒星运行的行星，也是当下天文学的热门研究领域。今天，天文学家探测到的系外行星已经数以千计，它们将是“韦布”倾情关注的对象，尤其是与我们地球相似度很高的那些星球，会不会有生命栖居？就此而言，特别值得期待的或许当推位于宝瓶座中、距离地球仅40光年的“特拉比斯特-1”（Trappist-1）行星系统了。“特拉比斯特-1”是一颗红矮星，已发现它有7颗行星，其中3颗是大小如地球、且位于宜居带中的岩质行星。“韦布”将探明它们的大气组成，以判断这些行星是否真正“宜居”。

人们尽可以大胆地想象，“韦布”或许会瞥见什么样的新天体，或许会看到什么样的新现象。但是，更令人惊喜的必定是你全然意想不到的种种新发现，且让我们拭目以待吧！

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