談一談詹姆斯-韋伯太空望遠鏡背後的技術故事
美國當地時間週六上午,NASA為天文學的未來搭建了舞臺。 詹姆斯-韋伯太空望遠鏡成功發射並開始了重新校準我們人類如何看待宇宙的旅程。 韋伯不僅會讓我們瞭解空間的隱藏區域,它還有能力證明我們是否正確記錄了大爆炸后立即發生的事件。
根據地面控制中心的說法,在太平洋時間淩晨4:20,發射完全按照預期進行。 任務負責團隊不斷強調航太器的”名義”軌跡和性能並緩解了從ESA南美基地發射前幾分鐘的緊張氣氛。
大概30分鐘后,韋伯的太陽能電池陣列無縫部署,望遠鏡開始為其剩餘的宇宙探險活動充電。
接下來,韋伯將在未來6個月內離開地球100萬英里(160萬公里)並開始在對任務至關重要的第二拉格朗日點繞太陽運行。 等到這些都按照預期發生時,韋伯將開始向地球發回宇宙圖像。 但這些將不僅僅是銀河系的照片。 韋伯將為我們提供一個關於宇宙的新故事且完全沒有經過過濾的。 這將是哈勃望遠鏡的一個巨大進步,哈勃望遠鏡是在1990年跟發現號(Discovery)航天飛機一起發射的。
韋伯是經過20年的工作和約100億美元的資金投入的成果。 下面不妨讓我們瞭解下它背後的一些技術故事吧!
韋伯令人印象深刻的規格
主鏡:寬21.3英尺(6.5米),有18個鍍金的六邊形部分,用於收集紅外光,NASA稱其為「光桶」;
遮陽板:一個網球場大小的五層金屬傘,用於保護探測器免受太陽、地球和月球的熱量影響;
近紅外相機(NIRCam):韋伯的主要成像器將探測最早的恆星和星系的形成;
近紅外光譜儀(NIRSpec):這個工具可利用紅外資訊向科學家提供銀河系體的化學成分和溫度等物理特性;
中紅外儀器(MIRI):它有一個照相機和光譜儀,可探測中紅外電磁區域的天體;
近紅外成像儀和無縫隙光譜儀(NIRISS):這個被認為在探測系外行星方面特別有用;
精細制導感測器(FGS):用於導航。
為什麼韋伯是一個非常、非常了不起的大事
韋伯的承諾在於其前所未有的紅外成像能力,尤其是NIRCam。 簡而言之,以下是紅外成像的作用。
一個快速的物理學回顧:要說到韋伯的承諾,我們必須要談談電磁波譜。 在光譜的一端,我們有藍光,而另一端是紅光。 藍光的波長較短,所以你可以認為它們在其彎曲的、波長的之字形上有一噸狹窄的、尖銳的波。 紅光的波長較長,被拉長了。
隨著宇宙的擴張,藍光的波長慢慢拉長,就像拉著橡皮筋一樣。 隨著它們變長,它們會變得更紅。 一旦這些波長在光譜的紅色一端變得非常遠,它們將進入所謂的紅外光區。
隨著宇宙體離地球越來越遠,連同空間結構的其他部分會照亮它們的光線同時延伸,這導致了一種叫做紅移的現象。 基本上,恆星、星系、類星體和其他發光的宇宙天體曾經的藍光都將顯示為紅外光。
然而遺憾的是,人類無法看到紅外光,這就是為什麼我們無法用肉眼看到宇宙中大量的東西,而哈勃只能看到其中的一部分。 相比之下,韋伯則是為這項工作而設計的。 想想看,這就像從一個高度照明的大城市觀看星空,然後在再次抬頭之前前往一個黑暗的森林。 當第二次抬起頭的時候,天空會顯得更多、更大的星星。
此外,當要考慮到紅外光的確切來源時,從某種意義上說,韋伯上面有一台時間機器。
另一個物理學的回顧:在地球上,如果有人在房間對面打開了一個燈泡,它的光照到你的眼睛上需要無限短的時間。 但如果有人站在月球上打開燈泡,你在地球上需要1.3秒才能看到它。 從本質上講,每當月光到達你的眼睛時,你就會向後看1.3秒 — 而這僅僅是月球,約238,855英里(近384,400公里)的距離。
韋伯則可以看到更遠的深空–約137億光年的距離,這意味著它可以看到137億年的時間。 然而這僅是宇宙誕生后的1億年。
接下來韋伯將發現什麼我們誰都不知道。 根據韋伯背後的專家的預測,該望遠鏡可能會發現可居住的系外行星、黑洞的秘密–甚至可能是地球以外生命的證據。 而在鬆了一口氣之後,天文學家們將在接下來的6個月里將變得坐立不安,現在他們在等待著韋伯的命令。