韦伯望远镜发回的第一张照片，为什么模糊不清？

2021年12月25日发射的韦伯空间望远镜（本文简称“韦伯”），经历1个月的奔波，于今年1月24日到达距我们150万公里的第二拉格朗日点，进入预定轨道，并很快传回了它拍的第一幅照片。

NASA（美国宇航局简称）公布了这张照片，只是一群有些模糊的星光。除此之外，传回了一张它自身的自拍，也是模模糊糊。（见上图，这是时空通讯将两张照片合成为一张）

一些朋友见了这张图片，或许会大失所望，研发了几十年，一再推迟发射，吹了一大堆牛皮的“韦伯”就这点本事？对得起100亿美元的投资吗？各位别急，听我将这张照片的来历说清楚，大家再发感慨吧。

这一堆星光其实只是一颗恒星

“韦伯”发送回来的这张星光照片有18个亮点（其中可能有两个亮点挤在一起），看起来是18颗行星，其实只是一颗恒星。这颗恒星坐落在大熊星座，距离我们约258光年，名为HD 84406。

其实这是“韦伯”试镜头的照片，而且不是一张照片就成这样的，是“韦伯”苏醒后工作了25个小时，拍摄了1500多张照片，才合成这一张的。之所以选定这颗恒星作为它拍摄的第一张照片，是因为这颗恒星很亮，其视星等达到6.9，就在北斗七星勺口，视距与平勺口连线距离约一个多勺口的位置（见上图）。

夜空中肉眼能够看到星星的亮度以视星等衡量，数值越大就越暗，数值越小就越亮，还有负数，负得越多越亮。人的肉眼最暗只能看到6等星，高于6等数值就看不见了，因此人类肉眼是看不见HD 84406恒星的，但对于韦伯望远镜来说就是小菜一碟了。

但韦伯望远镜现在还是“散光眼”，还没有矫正好自己的“视力”，因此就需要找一颗星星来作参照，这颗星星不能太暗，也不能太亮，而这颗叫HD 84406的恒星亮度正好符合要求，且其周边没有其他天体干扰，是校对自己“散光眼”的最好选择。

“韦伯”之所以“散光”，是因为其主镜由18片六角形的小镜子组成，直径有6.5米，面积达到25平方米。这么大的镜面是不能直接发射的，需要折叠起来放入火箭中，发射进入太空后再重新展开。

这样每个镜面焦距就会发生偏差，照到的星星不会聚焦到一个点上，就要重新调校。这些小镜子都能够独立旋转，调整的精度可达纳米级，也就是约头发丝的万分之一。但调校必须有一个参照物，于是拍摄这颗叫HD 84406的恒星，目的就是作为调校镜面的参照物。

现在发回的这张有18个亮点的照片，就是“韦伯”主镜每一片小镜子拍摄出来的。根据每片镜片照到这颗恒星的角度，科学家们和望远镜自动校准装置就能够调校好这些镜片，最终让其形成一个焦点，“散光”就消除了。

而那张自拍照片，则是由安装在次镜上的一个相机拍摄的，而次镜安装在从主镜伸出长8米的支架上。这张自拍照有一块小镜面发出耀眼的光芒，是因为这块小镜面正好对着某个星光而发出的反射。

这张自拍照并非“韦伯”自作多情臭美，而是对调校有着很重要的参照作用，此后还可能会有多次这样的自拍，直到调校到位。

得到这两张看似不起眼的照片，研制和管理“韦伯”的科学家们欣喜若狂，因为这象征着“韦伯”不但准确到位，展开了自己的翅膀，还睁开了眼。一旦调校完成，它将目光如炬，告诉它看到的人类前所未知的奥秘。

韦伯望远镜有多厉害

“韦伯”的全称叫詹姆斯·韦伯空间望远镜，是以NASA第二任局长詹姆斯·韦伯的名字命名的。詹姆斯1961年2月14日至1968年10月7日任职于NASA，为美国乃至人类航天事业作出了卓越贡献，尤其是上世纪六十年代的“阿波罗”登月计划，他劳苦功高。

为了纪念这位于1992年去世的航天先辈，人们将这艘顶级空间望远镜以他的名字命名。

“韦伯”是服役了30年，即将退役的哈勃空间望远镜（本文有时简称“哈勃”）的接替者，是继“哈勃”后，一代更强的空间望远镜，其口径是“哈勃”的2.7倍，面积是其5倍多，但质量只有6.5吨，是“哈勃”11吨质量的一半多点。

这台望远镜的最大特点，是能够在红外波段下观测，任何天体不一定发出可见光，但一定会发出红外光，只要有一点点热运动，就会被“韦伯”观测到。这就要求望远镜必须在接近绝对零度（-273.15℃）环境下运行，因为只要有一点点热辐射，就会严重干扰红外观测。

因此，韦伯望远镜不但要在冰冷的太空工作，镜面还要永远背离太阳。为了避免太阳光热辐射，“韦伯”不但一直躲在地球的阴影里，还自带一个厚厚的多层“遮阳伞”，有点像一本巨大翻开的书，挡在太阳与望远镜之间，让“韦伯”的主副望远镜完全沉浸冰冷的黑暗中工作。

除此之外，还需要用自带的液态氦对自身设备降温，通过向太空辐射的方式，让主镜面温度降到-223℃以下，近红外仪降温到-233℃以下，而中红外仪器（MIRI）要冷却到-266℃以下！

“韦伯”发射进入太空环境后，就在飞驰旅途逐渐展开折叠的镜面，于2022年1月24日到达第二拉格朗日点目标轨道后，就开始了对自身关键系统的冷却工作，现在正在逐渐接近工作温度，但还有一些差距。

“韦伯”的研制和发射可以说比以往任何一艘航天器都要慎重，投资也十分巨大。这艘空间望远镜由NASA和欧空局、加拿大航天局联合研发，历经25年的精打细磨才最终上天。

“韦伯”1996年就招标进入研制阶段，投资预算从最初的5亿美元，历经十几年（次）的不断增加，到2013年已经增加到88亿美元；发射时间最早预定为2007年，也一次次推迟，一直到2021年底才成功发射上天。

最终“韦伯”的总造价已经超过了100亿美元，比哈勃望远镜上天时花费约20亿美金整整多了5倍。当然，哈勃望远镜上天后，先后派出过5拨宇航员上天更换配件或检修维护，加上后期维护费用，总投资也不下50亿美元。但比起“韦伯”来，依然是小巫见大巫。

“哈勃”之所以能够得到很好维护，是因为它是在地球近地轨道运行，运行高度只有575公里。而韦伯望远镜则运行在距我们150万公里的第二拉格朗日点，要想维护是基本不可能的，因此一旦上天只能孤注一掷，这也是韦伯望远镜一再推迟发射，不断改进的主要原因。

韦伯望远镜的发射没有后路，必须一炮打响，否则100亿美元就只能打了水漂，而且连一个泡都不会留下。研发修正了25年，发射应该是已经信心满满，但依然令人提心吊胆，如果有一点点意外，如变轨失败或一颗微陨星撞击，就会前功尽弃。

好在一切顺利，因此拍摄回来的这张照片虽然只是调校图片，研制和管理“韦伯”的科学家们也欣喜若狂，因为这张照片象征着远离人类，寄托着人类重大希望的“韦伯”成功就位，“感觉”良好，正在苏醒准备工作。

寄托于韦伯望远镜的希望有哪些？

人们最想通过“韦伯”弄清宇宙起源，这是万物之本，是人类自己从哪里来到哪里去的最根本问题。“韦伯”有可能成为人类解开宇宙终极秘密的眼睛。具体说来，其主要任务就是调查宇宙大爆炸残余红外线证据，观测到宇宙诞生初期的状态。

基于这个目标，韦伯望远镜将在黑暗冰冷的太空，在完全屏蔽太阳光的状态下，专注地扫描窥探深空，寻找宇宙诞生早期的蛛丝马迹。有科学家预测，凭着“韦伯”的能力，可以看到宇宙大爆炸后的第一缕光。

这缕光发生在宇宙大爆炸38万年后，电磁波从大爆炸初始的高温高密度状态脱耦而出。而30年前升空的哈勃望远镜，迄今为止发现最远的星系距离我们134亿光年。

韦伯望远镜如果能够捕捉到这缕光，就看到了138.2亿光年距离的星光，从此带领人类进入整个宇宙的时光隧道，科学家们就能够从窥视宇宙大爆炸后第一个原子形成过程，到第一团星云出现，第一个星系和第一颗恒星形成过程，一直追溯到今天宇宙的样子，或许还能够破解暗物质和暗能量之谜。

当然，哈勃望远镜能够发现的各种星系和天体等宇宙现象，对韦伯望远镜来说都不在话下，它在未来最少10年的服役期间，将会发现更多宇宙秘密，让人类对宇宙以及对自己的太阳系了解得更透彻。

现在的“韦伯”还刚刚苏醒，伸完了懒腰正在睁开迷糊的眼睛，待聚焦冷却到位后，一定会给人类带来一个又一个惊喜或者惊愕，你说呢？欢迎讨论，感谢阅读。

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