史上最强望远镜终于发射升空了！等待了25年，耗资96亿美元，詹姆斯·韦布太空望远镜（简称JWST）在北京时间12月25日20:20:50（美国东部时间12月25日7:20:50）发射升空。 可是，说了这么多，大家可能还不清楚：这台望远镜究竟强在哪呢？今天，咱们来详细说说JWST的镜面有多厉害。 新一代太空望远镜 （图片说明：JWST发射升空） 很多人都说，JWST是哈勃太空望远镜的继任者，其实这个说法还是不太准确的。从观测范围上来讲，哈勃是在可见光和紫外线波段进行观测的，只有一小段近红外波段观测能力，而JWST则是以红外波段进行观测的。这样看来，它更像是另一台望远镜的继任者，那就是美国宇航局的斯皮策太空望远镜。 可见光波段固然有其优势，但是红外线具有不可替代的特点，它可以帮助我们探测系外行星，还能够穿透宇宙中的尘埃和气体，观测到其背后隐藏着的天体。 JWST就是这样的望远镜，并且凭借着强大的观测能力，可以看到130亿光年以外的宇宙，甚至最远可以达到136亿光年，也就是宇宙在诞生后仅仅2亿年的模样。  （JWST艺术图） 它的强大观测能力，得益于极其先进的镜面。那么，JWST的镜面有什么玄机呢？ 为啥要送上天？天文学观测，尤其是红外波段的观测，很容易受到地球自身的干扰。所以，JWST必须要发射到太空中。而且，它的位置非常讲究，必须安排在距离地球大约150万公里的第二拉格朗日点上。 那么，太空这么大，为啥非要在第二拉格朗日点呢？  （图片说明：JWST距离我们150万公里） 这是因为，JWST需要完美的环境才能进行红外观测。大家知道，红外线可以探测温度，如果望远镜本身温度就非常高，那么就会干扰到它对宇宙天体的成像。为此，JWST的温度必须非常低，不能超过-220℃！ 尽管我们说宇宙的平均温度只有-270℃左右，但那指的是真空环境。如果承受了太阳光的照射，那么望远镜的温度就会非常高。所以，它必须要借助地球的巨大身躯遮住阳光才可以。  （图片说明：巨大的遮阳罩） 地球的阴影有一个范围，理论上哪里都可以。但是想要依靠动力系统让望远镜永远躲在这里是不现实的，只有一个位置可以让望远镜不借助额外的动力，就能永远和地球、太阳形成稳定的相对位置，那就是150万公里外的第二拉格朗日点。 即便如此，它还是需要屏蔽掉残余的阳光，所以技术人员给它配备了5层超薄的聚酰亚胺材料的遮阳罩，其面积和一个网球场差不多大。而且，望远镜在发射时，遮阳罩会折叠起来，首先是因为太大无法放进整流罩中，其次也是为了遮蔽阳光防止望远镜升温，等到望远镜进入太空后才逐渐展开。  （图片说明：遮阳罩展开） 史无前例的巨型望远镜天文学家做了一个非常巧妙的比喻：望远镜接收宇宙中的光就好像你用一个桶去接雨水，桶的面积越大，接到的雨水就越多。为此，天文学家将JWST的口径设计到了6.5米（最初还有人提出要建到8米），是哈勃（2.4米）的两倍还多。 大家都知道望远镜的口径越大越好，为什么以前或者现在不做得更大呢？这是因为，随着口径的增加，难度也翻着倍地提升。那么，这里有什么难度呢？  （图片说明：JWST，哈勃和人类的对比）
如果单纯地用原来的技术将哈勃等比例放大来制作JWST，那么JWST将会过于沉重，以至于无法发射。为此，技术人员们进行了大量的工作，决定选择一种非常轻的元素来打造主镜面，那就是金属铍。 铍是化学元素周期表上的第四号元素，日常生活中大家提到的比较少，但它的性质非常优良。首先从密度上讲，就非常符合科学家的要求，尽管口径比哈勃大得多，但JWST的主镜的单位面积质量是哈勃的1/10，总重量（约6.2吨）只有哈勃（约11吨）的一半左右。  （图片说明：抛光前的镜面） 铍还有其他方面的许多优势，它是电和热的良性导体，没有磁性，本身也非常坚固，在飞机或航天飞机上就经常有它们发挥的空间。除此之外，JWST的工作温度极低，铍也可以在这样的环境下保持形状，保证观测效果。  （图片说明：抛光后的镜面）
6.5米的口径实在太大了，甚至超出了火箭整流罩的尺寸，无法放进去。技术人员只好将整个主镜面分成18个六边形的单元进行制作，每一个直径1.32米，重20公斤，然后拼接在一起。发射之前，主镜面会进行折叠，放在整流罩中。等到望远镜进入太空后，它就会进行展开。这个展开的复杂程度也是前所未有的，持续时间长达半个月。 还有就是，当一张完整的镜面被分割成了18份后，如何让它们在拼接后像一张镜面一样平整，也是一个难题，尤其还是要在太空中远程操控展开的情况下。根据美国宇航局的介绍，这个巨大的镜面，平整度偏差小得惊人，甚至不足头发丝直径的1/10000！  （图片说明：主镜的展开）
所有上述问题，最终带来的一个结果，那就是经费的攀升。这对于美国宇航局来说，也是一个不小的压力。甚至整个项目，都曾经因为经费太高差点被喊停。 而且，JWST的发射时间一推再推，也让研发经费随着时间和通货膨胀而节节攀升。从当初预计的5亿美元，如今达到了88亿美元，另外还有差不多8亿美元的未来维护费用，这还真是一个烧钱的项目！  （图片说明：JWST的预算不断攀升） 真·镀金望远镜要说贵，还得说JWST的镜面。在这个由铍制成的镜面上，技术人员还给它镀了一层黄金！ 他们镀金真不是像名表镶钻一样只是为了显得高贵，而是黄金真的有用处。对于普通人来说，黄金是一种装饰品。对于天文学家来说，它可以提高JWST反射红外线的能力，进一步提高观测效果。和96亿元的经费相比，这点黄金都不叫钱…… 黄金不需要很多，只需要大约100纳米的厚度就够了。不过，镀金的过程非常复杂，技术人员使用了一种名叫真空气相沉积法的手段，实现了这个过程。  （图片说明：镀金的镜面） 总结我们昨天介绍了，JWST将会用29天的时间来到150万公里外，再花差不多5个月的时间进行调试。最早在明年夏天，我们就能看到它的第一张照片了。如此巧夺天工的镜面，势必会拍摄出更加令人震撼的宇宙图片，你期待吗？ |
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