鸽了14年，韦伯太空望远镜终于要上天了？

本文来自微信公众号：深究科学（ID：deepscience），作者：张天蓉，原文标题：《耗资100亿美元的韦伯望远镜本周末发射升空，为何它被称为“鸽子王”》，题图来自：视觉中国

根据NASA最新消息，将于2021年12月25日发射。实际上，NASA 14年前就计划发射韦伯太空望远镜。为何发射时间一拖再拖？

走得最远的航天器是旅行者1号，离家44载，刚到太阳系边界。用光速表达这个距离，就是光走20小时而已。

而人类的“眼光”就看得远多了。即使是肉眼，也能看到很远的星星，望远镜更不在话下。远到多远呢？结果令你吃惊：130亿光年，是旅行者1号距离地球的4万亿倍！

伽利略用望远镜研究太阳系的行星及其卫星；赫歇尔家族用望远镜探测银河系并记录下几万颗星星；哈勃本人用望远镜观测到银河之外的4万多个“河外星系”。望远镜带给人类一次一次的惊喜，将我们的目光延伸到能“和宇宙共处，与光波同行”。

而本周末，美国NASA将要发射韦伯望远镜，建造韦伯望远镜不仅远超当年10亿美元的预算，实际花费高达100多亿美元。而且由于各种原因，发射它的时间一拖再拖，早在14年前NASA就准备将其发射升空，直至最近它才定于本周末发射，也许美国人希望了结此心病，过上一个美好的圣诞节。

现代天文观测将望远镜从地面搬到太空；频率范围从可见光扩展到了伽玛射线、X射线、紫外线、红外线、无线电波等等。观测到最遥远（130亿光年）古老星系、探测到恒星和星系的早期形成过程的，是美国以哈勃命名的望远镜。它的广角行星相机可拍摄上百个恒星照片，清晰度是地面天文望远镜的10倍，1.6万公里外的一只萤火虫都“一目了然难逃法眼”。

哈勃望远镜升空二十余年，影像珍贵成果颇丰，如哈勃深空、哈勃超深空、哈勃极深空。哈勃深空（HDF）便是一张由哈勃于1995年所拍摄的夜空影像。与“广角”的目的不同，深空拍摄位置在大熊座中一个很小的区域（仅144角秒）。影像由342次曝光叠加而成，拍摄时间连续10天。所包含的区域几乎没有银河系内的恒星，可见的3000多个物体全部都是极遥远的星系。哈勃超深空包括10,000个星系，显示的是超过130亿年前的“过去”。

哈勃深空

哈勃深空深入到哪里去？遥望太空，却能穿越时间的隧道，回望宇宙的过去。因为光传播需要时间，所以我们看到的是那儿的过去。白天看到的是8分钟之前的太阳，晚上看见的是1.28秒之前的月亮。8分或1.28秒是小事一桩，但对遥远的星球而言，结论就非同小可且颇为有趣了。遥望织女星，其实看到的是她25年前的模样，银河系外最近的星系是仙女座，是250万光年前的样子。

图最左边表示宇宙的起点，大爆炸及早期宇宙演化，之后，产生了第一代恒星，第一代星系，现代星系形成，再后来，由星系群、星系团、超星系团等大尺度结构形成……图中可见，哈勃超深空深入到了大爆炸后6亿年左右。

大爆炸模型

哈勃极深空还不够。革命尚未成功，31岁的哈勃望远镜却已显老旧，主要是需更新换代电子仪器。韦伯望远镜（JWST）便是哈勃的接班人。它的主要科学目标之一是探测早期形成的第一批恒星和星系，为宇宙拍个4-6亿岁时的婴儿照。韦伯与哈勃大不相同：一是工作频率，哈勃以可见光为主，韦伯集中于红外线波段；二是在太空的位置。下面分别说明。

韦伯JWST为何要在红外波段工作？因为第一代恒星和星系初生年代的信息传播到现代，可见光或紫外线已被红移到了红外区域。红外功能不够的哈勃无法捕捉到早期宇宙中的神秘天体（红移值高达9.6），需要依靠“引力透镜”效应来发现它们。

而红外线的波长更长，使得需要更大的镜面聚光来达到更高的分辨率。韦伯望远镜主镜直径6.5米，几乎是哈勃直径的3倍。主镜由铍制成，镜片上涂上一层厚度仅为头发千分之一的金，主镜包括18块6角形镜片，在发射时需要打包，折叠起来，升空安置好之后再打开。

哈勃离地高度不过600公里，韦伯望远镜的位置却距地球约150万公里，比它的前任离地球远得多。韦伯望远镜比较特别的是它的轨道。它不是像哈勃那样绕着地球转圈，而是位于太阳-地球系统的拉格朗日点L2上。

何谓拉格朗日点？在两个大质量和一个微小质量质点的简化三体问题中，有5个点可以让小质量天体稳定运行，这5个点被称作拉格朗日点。两个天体环绕运行，空间中有五个位置（L1、L2、L3、L4、L5）可以放入第三个物体（质量忽略不计），使其与另两个天体的相对位置保持不变。

韦伯望远镜升空后的景象是这样的：哈勃仍然在绕着地球转小圈，仍然不停地发回大量照片；而在地球背对太阳的一方，韦伯背朝着地球，孤零零地飘荡在L2点上，在那里，它比哈勃更远离地球与太阳的干扰，能够更方便地窥探深空，朝宇宙的起点望去，一直望到宇宙的边缘，天之尽头。

本文来自微信公众号：深究科学（ID：deepscience），作者：张天蓉