詹姆斯韦伯望远镜,带你走进宇宙黎明

  • 2020年02月20日 12:51
  • 来源:天文在线
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詹姆斯韦伯望远镜,你的红外之眼 组装完成的詹姆斯韦伯空间望远镜及其遮光板,采用“整体式托盘结构”(围绕望远镜折叠以便发射),设成部分开放式结构以实现望远镜的安装。...

詹姆斯韦伯望远镜,带你走进宇宙黎明

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詹姆斯韦伯望远镜,你的红外之眼

詹姆斯韦伯望远镜,带你走进宇宙黎明

组装完成的詹姆斯韦伯空间望远镜及其遮光板,采用“整体式托盘结构”(围绕望远镜折叠以便发射),设成部分开放式结构以实现望远镜的安装。

Paul M. Sutter,俄亥俄州立大学的天文学家, “问问宇航员和太空电台”的主持人,“你在宇宙何处”的作者。他在天文在线的专家之声发表了文章:见解与操作。

詹姆斯韦伯望远镜,带你走进宇宙黎明

经过数年的延误和数亿美元的超支后,NASA的詹姆斯韦伯空间望远镜(目前)计划于2021年三月发射。虽然浪费了很多时间与金钱,但此天文台仍将会毫无争议地成为首位红外波长段的冠军,让我们第一次有机会能探索宇宙中曾不可触及的角落。

如果我们想进一步了解关于宇宙大爆炸后诞生的第一星系和其他星球上可能存在的生命,那么这个资将近97亿美元的詹姆斯韦伯望远镜就是我们唯一的希望。

虽然詹姆斯韦伯望远镜被誉为NASA哈勃望远镜的继承者,但其实并非如此。哈勃望远镜主要是光学望远镜,其捕获的光的波长的范围与人眼相近,仅能多观测到部分的红外和紫外光线。从根本上说,哈勃望远镜就像一颗绕空间轨道运行的巨大的眼球,传回令人炫目的图片。如果你的视神经也有类似功能,你也能看到令人惊叹的图像。

但是詹姆斯韦伯望远镜不同。他将会完全在红外波段的范围内观测,连人们能观察到的最深的红色都罕少触及。换言之,詹姆斯韦伯望远镜所观察到的是隐形于人类的宇宙。

詹姆斯韦伯望远镜被设计成红外望远镜的一个主要的原因是在地球表面进行红外观测是非常困难。若要进行精准的观测,必须保证天空的绝对纯净与黑暗,而光污染严重破坏了这样观测条件。

而且红外光污染无处不在。基本上任何有温度的东西都会产生红外光污染。这就几乎涉及到所有东西。人的身体会产生100瓦的红外辐射,地球自身温度也非常高,在红外波段强烈发光。即使是望远镜自身,如果是在室温下,也会发出红外光辐射。

总之,并不是说我们不能在地球上进行红外观测,只是难度很大。

为远离地球红外辐射污染,詹姆斯韦伯望远镜会在距离地球大约1百万英里(150万公里)处运行。但即使这样,还有解决太阳带来的问题。你是否感受过夏日室外灼热的阳光,这是正太阳大量释放的红外辐射。因此即使距离地球百万英里,阳光依然炙热。

为了应对这种情况,红外空间望远镜的设计师提出一些解决方案。最常见的选择就是使用主动制冷系统,将望远镜冷却至可以恰好观察红外线的温度。这个想法很好,并且被之前的红外太空望远镜所使用,但是这限制了望远镜的寿命。冷却液耗尽也就意味着天文观察无法继续进行。

因此为了避免这种情况,詹姆斯韦伯望远镜将配备一个昂贵且巨大的太空遮阳伞,这把“遮阳伞“72英尺(22米)长、36英尺(11m)宽,由五层强反射材料制成,每层厚度不及人头发直径。这巨大的遮阳板将会使望远镜永远处于阴凉处,保持-370华氏温度(-223摄氏度),这个温度是观察红外波长的理想温度。

不过望远镜上其中一个设备将会采用主动冷却系统将温度降低至-433华氏度(-258摄氏度),这会使他探测到波长更长的红外光。

总之,詹姆斯韦伯望远镜体型巨大,一支火箭都无法容纳。除了巨大的遮阳罩,其主镜直径有21英尺(6.5m),这远宽于目前所有的火箭。既然不能把镜面“粘”在火箭一侧,机智的NASA工程师将反光镜分成18个小的六角形,这样就可以与可折叠的遮光罩的剩余的望远镜本体被折叠放入火箭中。

如果一切顺利进行的话,詹姆斯韦伯望远镜在发射的几天之后就可以前往观测点,将镜面和遮光罩展开,并开始进行观测。

并且,它将观测到的景象可以说是非常壮观的。它主要观测目标之一是早期的宇宙,那时宇宙诞生仅几亿年。最早出现在宇宙中的恒星和星系所发出的光均在可见光谱的范围之中,但是在过去130亿年中,由于宇宙的膨胀,光从可见光的范围扩展到了红外光-恰好就在詹姆斯韦伯望远镜的设计参数范围内。

由于我们没有宇宙爆发初期(俗称“宇宙黎明”)恒星与星系的图像,因此这将是我们首次对宇宙黎明的观测。

詹姆斯韦伯望远镜会对宇宙中所有冷的东西进行研究,从新生恒星的原行星盘到分子云,彗星和柯伊伯带等等。

并且,詹姆斯韦伯望远镜会使用专门的设备阻挡距离遥远的星球的光,使天文台可以捕捉到绕恒星运行的任何物体的图像,比如系外行星。那些行星将会发出红外光,并且这些星体发出的光将会被它大气层中的化学元素更改,而化学元素可能象征着外星生命的存在。

无论是从寻找外星生命还是揭露宇宙至暗之处的方面来看,詹姆斯韦伯望远镜都值得期待。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.Paul Sutter-杂交瘤细胞

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