詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)自1996年該項目開始立項以來一直受到延遲的影響。但是,該機器現在已經首次完全組裝。
韋伯太空望遠鏡已組裝完畢
韋伯太空望遠鏡是一種紅外線太空望遠鏡,重量為6.2噸,約為哈勃太空望遠鏡(11噸)的一半。主反射鏡由鈹制成,口徑達到6.5米,面積為哈勃太空望遠鏡的5倍以上。原計劃耗資5億美元并于2007年發射升空。但由于各種原因,導致項目嚴重超支,發射時間數次推遲,最新預估總耗資將高達96.6億美元,發射時間改為2021年3月30日。它是歐洲太空總署和美國宇航局的共用天文望遠鏡計劃。
詹姆斯·韋伯
韋伯太空望遠鏡以美國宇航局第二任局長詹姆斯·韋伯的名字命名。1961年至1968年,詹姆斯·韋伯擔任局長期間曾領導美國宇航局阿波羅計劃等一系列美國重要的太空探測項目。
這臺巨大的太空望遠鏡正在加利福尼亞諾斯羅普格魯曼航空航天技術公司的工廠內建造,他們剛剛成功連接了韋伯太空望遠鏡的兩半。
美國宇航局戈達德太空飛行中心的韋伯項目經理比爾·奧克斯說:“將望遠鏡及其科學儀器,遮陽板和航天器組裝到一起代表整個韋伯團隊取得了令人難以置信的成就。這一里程碑象征著成千上萬工作在美國國家航空航天局,歐洲航天局,加拿大航天局,諾斯羅普格魯曼以及其其它工業和學術合作機構的專業人士20多年的努力終于取得成功。”
韋伯望遠鏡是哈勃太空望遠鏡的繼任者
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡是期待已久的哈勃太空望遠鏡的繼任者,由于預算原因和技術挑戰,它的發射被推遲了好幾次。
哈勃于1990年推出,現在已經處于老化階段。它的最后一次服務任務是在2009年,從那時起,它的部件一直在失效,哈勃已經失去了六個陀螺儀中的三個。然而,如果很幸運,哈勃天文望遠鏡可能會繼續工作兩年。
韋伯太空望遠鏡18面鏡子中的其中6面正在進行溫度浸漬測試
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡現在定于2021年3月推出,它似乎按計劃進行。與哈勃的2.4米鏡子相比,韋伯的鏡子直徑為6.5米。
這面主鏡的直徑比發射用的火箭更大。主鏡被分割成18塊六角形的鏡片,每個鏡面的拋光誤差不得超過10納米。同時鏡面也經過專門研磨,使得其能夠在遮陽板陰影的極度嚴寒環境中保持正確形狀。每塊鏡片背部都裝有7個馬達,能夠在10納米的精度內調整鏡片的形狀和方向。
發射后這些鏡片會在高精度的微型馬達和波面傳感器的控制下展開。但是,這種方法不會和凱克望遠鏡一樣,不需要像地面望遠鏡那樣必需根據重力負荷和風力的影響而要按主動光學來時常持續調整鏡段,故韋伯太空望遠鏡除了初期配置之外將不會有太多改變。
主鏡的鏡片排成六角形,聚光部和鏡面都露在外面,容易讓人聯想到電波望遠鏡的天線。另外,它的主體也不呈筒狀,而是在主鏡下展開座席狀的遮光板。
韋伯太空望遠鏡望遠鏡的主要的任務是調查宇宙大爆炸理論的殘余紅外線證據(宇宙微波背景輻射),也就是觀測今天可見宇宙的初期狀態。為此,它配備了高靈敏度紅外線傳感器、光譜器等。
韋伯太空望遠鏡將位于第二拉格朗日點,在該點上將永久背對地球
為便于觀測,機體要能承受極度低溫,也要避開太陽光與地球反射光等等。為此望遠鏡附帶了可折疊遮光板,以屏蔽會成為干擾的光源。因其處于拉格朗日點,地球、太陽與望遠鏡三者的視界總處于一定的相對位置,不用頻繁的修正位置也能讓遮光板發揮功效。
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此外,韋伯望遠鏡將觀察從可見光到中紅外以及更長波長的太空。哈勃望遠鏡的觀察能力范圍從紫外線到近紅外線。韋伯望遠鏡將能夠在更遠的距離上觀察高紅移的物體,例如早期的宇宙星系,這些物體對哈勃望遠鏡來說是不可見的。
韋伯望遠鏡需要在低溫下運行
為了觀察中紅外波長,韋伯望遠鏡還需要保持在非常低的工作溫度,因為熱紅外輻射會干擾信號,這就是復雜的五層遮陽板的用途。
韋伯望遠鏡制造團隊的下一步工作將是完全部署這個遮陽板。這是2017年出現技術問題的所在:在硅和鋁涂層聚酰亞胺板上發現了幾個撕裂,歸因于“工藝錯誤”。
遮陽板已經過單獨測試。現在是看看它們是否在完全組裝的望遠鏡上按預期工作,并進行了全面的部署和環境測試。
韋伯太空望遠鏡的全尺寸模型
美國宇航局總部的韋伯項目主任格雷戈里·羅賓遜說:“這是一個激動人心的時刻,現在所有韋伯的零部件最終合并成了一個天文望遠鏡。工程團隊向前邁出了一大步,很快我們就能看到令人難以置信的新視野。”
韋伯望遠鏡的發射計劃地點為圭亞那太空中心,由亞利安五號火箭運載升空。
哈勃太空望遠鏡位于從地表大約600公里的低軌道位置上。因此,即使光學儀器發生故障也可以用航天飛機前去修理。而韋伯太空望遠鏡位于離地球150萬公里的距離,即使出現故障也不可能頻繁派遣修理人員。但它位于第二拉格朗日點上,重力相對穩定,故相對于鄰近天體來說可以保持不變的位置,不用頻繁地進行位置修正,可以更穩定的進行觀測,而且還不會受到地球軌道附近灰塵的影響。