詹姆斯·韋伯太空望遠鏡計劃於2021年12月18日進入太空。 天文學家希望通過它找到宇宙中最早形成的星系，將在其他行星周圍尋找類似地球的大氣層，並完成許多其他科學目標。 Marcia Rieke是一名天文學家，也是韋伯望遠鏡上的近紅外相機（簡稱NIRCam）的主要調查員。 Rieke參與了相機和整個望遠鏡的開發和測試工作。

為了看到宇宙深處，望遠鏡有一個非常大的鏡子，必須保持極度低溫。 但是把這樣一個脆弱的設備運到太空中並不是簡單的任務。 Rieke和同事們必須克服許多挑戰，以設計、測試並很快發射和校準有史以來最強大的太空望遠鏡。

年輕的星系和系外行星的大氣層

韋伯望遠鏡有一個直徑超過20英尺的鏡子，一個網球場大小的遮陽板來阻擋太陽輻射，還有四個獨立的相機和感測器系統來收集數據。

它的工作原理有點像一個衛星天線。 來自恆星或星系的光線將進入望遠鏡口，從主鏡上反彈到四個感測器上。 NIRCam，拍攝近紅外圖像;近紅外光譜儀，可以將來自選定來源的光線分成不同的顏色，並測量每種顏色的強度;中紅外儀器，拍攝圖像並測量中紅外的波長;以及近紅外成像無縫隙光譜儀，將科學家指向衛星的任何物體的光線分割並測量。

這種設計將使科學家能夠研究銀河系中的恆星是如何形成的，以及太陽系以外的行星的大氣層;甚至有可能弄清這些大氣層的組成。

自從愛德文·哈勃證明遙遠的星系與銀河系一樣后，天文學家們就問：最古老的星系有多老？ 它們最初是如何形成的？ 它們又是如何隨時間變化的？ 韋伯望遠鏡最初被稱為「第一台光機」，因為它的設計正是為了回答這些問題。

該望遠鏡的主要目標之一是研究靠近可觀測宇宙邊緣的遙遠星系。 來自這些星系的光線需要數十億年的時間才能穿過宇宙到達地球。 Rieke估計和其同事將用NIRCam收集的圖像可以顯示出大爆炸後僅3億年形成的原生星系–當時它們的年齡只有現在的2%。

尋找大爆炸後形成的第一批恆星的聚集地是一項艱巨的任務，原因很簡單。 這些原生星系非常遙遠，所以看起來非常暗淡。

韋伯的鏡子由18個獨立的部分組成，能夠收集到的光線是哈勃太空望遠鏡鏡子的6倍以上。 遙遠的天體看起來也非常小，所以望遠鏡必須能夠將光線盡可能地聚焦。 望遠鏡還必須應付另一個複雜的問題。 由於宇宙正在膨脹，科學家們將用韋伯望遠鏡研究的星系正在遠離地球，而多普勒效應也開始發揮作用。 就像救護車經過並開始遠離你時，其鳴笛的音調會下移並變得更低，來自遙遠星系的光的波長也會從可見光下移到紅外光。

韋伯探測的是紅外線–它本質上是一個巨大的熱望遠鏡。 為了在紅外光中”看到”微弱的星系，望遠鏡需要特別冷，否則它看到的將是自己的紅外輻射。 這就是隔熱罩的用處。 隔熱罩是由塗有鋁的薄塑膠製成的。 它有五層厚，尺寸為46.5英尺（17.2米）×69.5英尺（21.2米），將使鏡子和感測器保持在零下234攝氏度。

韋伯望遠鏡是一個令人難以置信的工程壯舉，但如何將這樣的東西安全地運到太空並保證它能正常工作？

測試和演練

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將在距離地球100萬英里的軌道上運行–大約是國際空間站的4500倍，遠得無法由宇航員提供服務。

在過去的12年裡，該團隊測試了望遠鏡和儀器，搖晃它們以類比火箭發射，並再次測試。 一切都經過冷卻，並在軌道的極端工作條件下進行測試。

測試之後是演練。 該望遠鏡將由通過無線電鏈路發送的指令進行遠端控制。 但是，由於望遠鏡將是如此遙遠–一個信號需要6秒鐘才能傳到一個方向–所以沒有即時控制。 因此，在過去的三年裡，Rieke的團隊一直去巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所，在一個模擬器上進行演練任務，涵蓋了從發射到日常科學操作的一切。 團隊甚至還練習了處理潛在的問題，這些問題是測試召集人扔給他們的，被稱之為「異常」。。

需要進行一些調整

韋伯團隊將繼續測試和排練，直到12月的發射日期，但在韋伯被摺疊並裝入火箭后，團隊的工作遠未完成。

團隊需要在發射後等待35天，讓部件冷卻后再開始對準。 在鏡子展開后，NIRCam將抓拍各個鏡段的高解析度圖像序列。 望遠鏡團隊將分析這些圖像，並告訴馬達以億分之一米為單位調整鏡段。 一旦馬達將鏡子移到位置上，他們將確認望遠鏡的對準是完美的。 這項任務非常關鍵，所以將有兩個相同的NIRCam–如果其中一個出現故障，另一個可以接管對準工作。

這個對準和檢查過程應該需要六個月的時間。 完成後，韋伯將開始收集數據。 經過20年的工作，天文學家們即將有一個能夠窺視宇宙中最遙遠的地方的望遠鏡。