人類觀察宇宙的新眼睛:韋伯望遠鏡

在浩瀚無垠的宇宙中，人類總是懷揣著一個古老而宏大的問題：我們從何而來？在這段漫長的探索旅程中，望遠鏡是人類的“眼睛”，幫助我們穿越時間與空間，窺探億萬光年之外的星辰。從伽利略第一次用望遠鏡觀測星空，到哈勃空間望遠鏡帶來震撼的深空圖像，每一次技術飛躍都讓人類的視野更加開闊。

韋伯空間望遠鏡拍攝的首張全彩色圖像：46億年前出現的星系團SMACS0723（圖片來源：[4]）

然而，哈勃仍有它的極限，它無法探測宇宙最初的光芒，無法完全揭示恒星和星系形成的秘密。為了實現這些夢想，人類打造了一臺更強大、更先進的“時光機”——詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（James Webb Space Telescope，簡稱JWST）。那么，韋伯望遠鏡究竟是什么？它憑什么被稱為“宇宙最強之眼”？又將如何改變我們對宇宙的理解？

從哈勃到韋伯：接力的開始

哈勃空間望遠鏡在1990年發射升空后，徹底改變了我們對宇宙的認知，拍攝到的“深空場”圖像讓無數人感受到星空的浩瀚與神秘。然而，哈勃主要觀測可見光和部分紫外光、近紅外光，這意味著它在探索宇宙最早期的天體時“力不從心”。因為隨著宇宙膨脹，最初發出的可見光會被“拉長”成紅外光，如果沒有足夠的紅外探測能力，就無法看清這些古老的光芒。科學家們意識到，需要一臺全新的望遠鏡來接替哈勃，一臺能夠捕捉更長波段光線、探測更遙遠天體的望遠鏡。

哈勃與韋伯主要觀測的波段對比（圖片來源：[1]）

于是，在20世紀90年代，一個雄心勃勃的計劃誕生了：建造一臺大型紅外空間望遠鏡，可以深入觀測宇宙大爆炸后第一批恒星和星系。這個項目在2002年正式命名為“詹姆斯·韋伯空間望遠鏡”，以紀念美國航天局的第二任局長詹姆斯·韋伯，他在阿波羅登月計劃中發揮了關鍵作用。韋伯望遠鏡不僅是哈勃的繼任者，更是人類探索早期宇宙的終極利器。

韋伯望遠鏡的構造

韋伯望遠鏡的外觀極具未來感，仿佛一只巨大的“金色眼睛”漂浮在太空中。它的最核心部分是一個直徑6.5米的主鏡，比哈勃的2.4米大了將近三倍，光線收集能力提升約六倍，這意味著它能夠看到更暗、更遙遠的天體。為了減輕重量并保證精度，主鏡采用了18塊六邊形鈹金屬鏡片拼接而成，每一塊都鍍有一層極薄的黃金，使其在紅外波段具有極高的反射效率。這種可折疊的拼接式設計堪稱工程奇跡，因為如此巨大的鏡面必須在火箭中“折疊”發射，到達軌道后再精準展開。

然而，光學系統只是韋伯的一部分。為了讓紅外探測發揮極致性能，它必須保持極低溫度，否則自身的熱輻射會干擾觀測。因此，工程師為它設計了一塊巨大的遮陽罩，由五層特殊材料制成，展開后面積相當于一個網球場，可以有效阻擋來自太陽、地球和月球的熱量，使望遠鏡冷卻至約-233攝氏度。正是這一遮陽系統，讓韋伯能夠在安靜的紅外世界中“看”得更清晰。

韋伯望遠鏡的遮陽罩（圖片來源：NASA Science）

此外，韋伯搭載了多套精密科學儀器，用于成像、光譜分析和精細制導。它們讓韋伯不僅能拍攝宇宙深空的壯麗圖景，還能解析遙遠系外行星的大氣成分，甚至可能找到生命存在的線索。

韋伯望遠鏡的位置與部署

與哈勃在近地軌道運行不同，韋伯被安置在距離地球約150萬公里的拉格朗日L2點上。這一位置相對穩定，可以讓遮陽罩始終面向太陽，同時保證視野開闊，避免地球和月球的熱干擾。但這也帶來了一個問題：一旦韋伯在部署中出現問題，幾乎無法派遣航天員進行維修。正因如此，韋伯的發射和展開過程被稱為“史上最復雜的太空部署”，從鏡片展開到遮陽罩拉伸，每一步都必須完美執行，容不得絲毫差錯。

韋伯望遠鏡圍繞太陽運行，其軌道距離地球約150萬公里（約100萬英里），位于第二拉格朗日點（即L2點）處（圖片來源：NASA Science）

韋伯望遠鏡運行軌跡圖（圖片來源：[7]）

韋伯望遠鏡的使命有哪些？

韋伯望遠鏡的科學目標堪稱人類探索宇宙的巔峰夢想。它最重要的任務是回望宇宙的“童年”，尋找大爆炸后最初的恒星和星系，觀測時間可以追溯到130億年前。這一成就將幫助我們理解宇宙如何從一片熾熱的等離子體演化成如今星辰點綴的模樣。

太空中的韋伯望遠鏡（圖片來源：[2]）

不僅如此，韋伯還能揭開星系如何成長的秘密。通過紅外觀測，它可以穿透星際塵埃，看到恒星和行星誕生的全過程，這對于理解太陽系的起源至關重要。而在行星科學領域，韋伯更是開創了新局面，它能夠分析系外行星的大氣成分，探測水蒸氣、二氧化碳、甲烷等分子，為尋找生命跡象提供關鍵線索。可以說，韋伯不僅是天文學家的利器，更是尋找“第二個地球”的希望。

韋伯望遠鏡取得的突破與展望

自2021年12月發射以來，韋伯望遠鏡已經帶來一系列震撼發現。它拍攝的“深場圖像”展現了無數遙遠的星系，其中一些星系誕生于宇宙大爆炸后幾億年，比科學家預期更早、更成熟。這一現象對現有的宇宙演化理論提出了挑戰。此外，韋伯還在多個系外行星的大氣中發現了水汽、二氧化碳等成分，甚至在某些氣體巨行星的大氣中檢測到可能與生命有關的分子。這些成果讓我們對宇宙中生命存在的可能性有了新的遐想。

距離我們約2000光年的南環狀星云NGC3132（圖片來源：[7]）

當然，韋伯也有局限性。它專注于紅外波段，對X射線或伽馬射線等高能現象無能為力，而且由于位置遙遠且無法維修，它的使用壽命受燃料限制，大約在10年左右。即便如此，韋伯望遠鏡仍然是人類歷史上最偉大的科學儀器之一，它的數據將支撐未來數十年的天文學研究。

參考文獻

[1]https://mp.weixin.qq.com/s/9cXEne4O-F1spIE3K7S3rQ

[2]https://mp.weixin.qq.com/s/yeXQLYLdQjfqW1acCJHsuQ

[3]https://science.nasa.gov/mission/webb/orbit/

[4]https://mp.weixin.qq.com/s/n7_-TYWZ7CjDERlpWg4N9g

[5]https://science.nasa.gov/mission/webb/webbs-sunshield/

[6]https://mp.weixin.qq.com/s/Y610u6M5IuujHUQu7m-rqw

[7]https://mp.weixin.qq.com/s/EZgA0Q7CoRoqsDbMwgAIig

[8]施秀芬.韋伯太空望遠鏡人類觀察宇宙的新眼睛[J].科學生活,2007(06):8-9.

[9]余群,劉欣.詹姆斯·韋伯太空望遠鏡低溫熱控系統分析[J].飛航導彈,2018,(02):72-76+90.

來源：力學科普

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