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即将升空的韦伯太空望远镜精选

已有 7384 次阅读 2021-12-21 20:02 |系统分类:科普集锦

根据NASA最新消息，将于12/24/2021发射（14年之前就计划发射）的韦伯太空望远镜，它的科学目标是：将给宇宙拍几张“婴儿照”。

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！望远镜对天文学的贡献毋庸置疑，没有望远镜，人类的目光是太短浅了。人类观天的能力随着望远镜技术的改变而进步。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”！

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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。

为什么要将望远镜的位置上升到太空的高度呢？是为了摆脱大气层对观测的干扰。地球被厚厚的大气包围着，这对人类的健康是至关重要的，使人类免受有害辐射的危害，但与此同时，地球大气层也阻碍我们观测天象。大气层对来自天外的辐射是选择性地吸收，只有可见光和某些频段容易通过。此外，即使在可见光范围内，大气层的散射也会导致我们没办法看到太远的星系，因为它们比大气层自身的光都要暗。这也是为什么一般都将天文台建立在高山上的原因。

哈勃望远镜

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的哈勃太空望远镜，它以著名天文学家爱德温·哈勃（Edwin Hubble，1889年－1953年）命名。哈勃被后人誉为“星系天文学”之父。他确定了数万个河外星系，开辟了一个天文学新发展方向：测量宇宙学。

哈勃望远镜升空二十余年，影像珍贵成果颇丰，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，据说在6万公里外的一只萤火虫都“一目了然难逃法眼”。此外，如哈勃深空、哈勃超深空、哈勃极深空，探索宇宙的过去。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，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

詹姆斯·韦伯太空望远镜

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。