展翅、撐傘、降溫:韋布望遠(yuǎn)鏡的部署有多復(fù)雜?

展翅、撐傘、降溫:韋布望遠(yuǎn)鏡的部署有多復(fù)雜?
2022年01月16日 09:00 新浪科技綜合

  來(lái)源:Nature Portfolio  

  韋布望遠(yuǎn)鏡的主副鏡和遮陽(yáng)罩已經(jīng)成功打開,但距離它開始科學(xué)探測(cè)還有幾步要走。

  在數(shù)日緊鑼密鼓地將各個(gè)部件展開就位后,有史以來(lái)最大也最復(fù)雜的空間望遠(yuǎn)鏡現(xiàn)已組裝到位。

  美國(guó)航空航天局(NASA)的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡(James Webb Space Telescope)有18個(gè)六邊形鏡面,這18個(gè)鏡面共同拼接成一個(gè)6.5米寬的鍍金“宇宙眼”。1月8日,最后3面鏡片旋轉(zhuǎn)就位,為兩周來(lái)幾乎無(wú)懈可擊的工程操作劃上了完美的句號(hào)。去年圣誕節(jié)發(fā)射的韋布望遠(yuǎn)鏡是迄今為止部署過程最為復(fù)雜的天文儀器。

  NASA天體物理學(xué)部主任Paul Hertz說:“韋布的展開堪稱完美。”

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射后成功展開了主副鏡和遮陽(yáng)罩,此為藝術(shù)再現(xiàn)圖。來(lái)源:Adriana Manrique Gutierrez/NASA GSFC/CIL詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射后成功展開了主副鏡和遮陽(yáng)罩,此為藝術(shù)再現(xiàn)圖。來(lái)源:Adriana Manrique Gutierrez/NASA GSFC/CIL

  “我開心極了,”歐洲空間局的韋布項(xiàng)目科學(xué)家Antonella Nota說,“看著這個(gè)超級(jí)望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)備探索宇宙的我們都是歷史的見證者。”

  雖然耗資100億美元的韋布望遠(yuǎn)鏡仍面臨著許多艱巨的任務(wù),比如對(duì)準(zhǔn)拼接鏡和校準(zhǔn)4臺(tái)科研儀器,但難度最大的工程操作已經(jīng)完成,包括展開一個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)大小的風(fēng)箏形遮陽(yáng)罩以減少來(lái)自太陽(yáng)的熱量;以及主副鏡的就位,以捕獲來(lái)自恒星、星系和其他天體的光線——這幾步是韋布正常運(yùn)作的關(guān)鍵。

  光子已經(jīng)能在韋布的鏡面上反彈,令其成為一臺(tái)真正意義上的空間望遠(yuǎn)鏡。“簡(jiǎn)直不可思議,”NASA的韋布項(xiàng)目經(jīng)理Bill Ochs在1月5日巴爾的摩空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所任務(wù)控制團(tuán)隊(duì)組織的一次直播中說:“我們真的有了一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡。”

  穩(wěn)扎穩(wěn)打

  韋布望遠(yuǎn)鏡從位于法屬圭亞那庫(kù)魯?shù)臍W洲太空中心發(fā)射,如今離開地球超過100萬(wàn)千米。它將于1月23日抵達(dá)目的地,前往一個(gè)被稱為L(zhǎng)2(第二拉格朗日點(diǎn))的引力穩(wěn)定點(diǎn),在那里研究深空天象,比如宇宙中最遙遠(yuǎn)的星系、籠罩在塵埃中的新生恒星、系外行星的大氣等。

  與前任哈勃望遠(yuǎn)鏡不同,韋布望遠(yuǎn)鏡能探測(cè)光的紅外波長(zhǎng),一窺人類尚未探索的領(lǐng)域,但這需要韋布在極端低溫下工作,只有這樣才能捕捉來(lái)自遙遠(yuǎn)宇宙的微弱熱信號(hào)。韋布能保持低溫全靠它的遮陽(yáng)罩。

上面的高速動(dòng)圖展示了地球上的工程師測(cè)試遮陽(yáng)罩的打開情況。來(lái)源:NASA上面的高速動(dòng)圖展示了地球上的工程師測(cè)試遮陽(yáng)罩的打開情況。來(lái)源:NASA

  這也是為什么許多科學(xué)家都對(duì)遮陽(yáng)罩的攤開和伸張捏一把汗。發(fā)射之后,韋布需要展開兩個(gè)裝有遮陽(yáng)罩的長(zhǎng)方形托盤,收起上面的保護(hù)罩,再將它拉成風(fēng)箏的形狀,最后將五層很薄的遮陽(yáng)罩一張張繃緊。這一過程在地球上的實(shí)驗(yàn)室里彩排過好多次,但從未在宇宙的零重力環(huán)境中嘗試過,所以可能會(huì)出現(xiàn)意外。

  Hertz說:“我覺得要伸展某種很大很松的東西讓我很緊張。”他說,其他空間望遠(yuǎn)鏡都沒有這種遮陽(yáng)罩,所以這是“全新且未知”的情況。

  每一步都有可能出錯(cuò),但都沒有出錯(cuò)。韋布于1月4日將最后一張遮陽(yáng)層拉至正確張力。加州諾思羅普·格魯曼公司負(fù)責(zé)韋布遮陽(yáng)罩的設(shè)計(jì)和制造,該公司工程師Hillary Stock說:“大家高興極了,徹底松了口氣。”Hertz說,這步完成后他再也不用緊張了。

  也有些科學(xué)家一直緊張到了第二天韋布展開副鏡。這個(gè)過程需要在望遠(yuǎn)鏡主鏡前展開一個(gè)巨大的鉸鏈?zhǔn)饺_架,把74厘米寬的副鏡鎖定到位。光會(huì)從凹面的主鏡反射到凸面的副鏡上,經(jīng)過副鏡聚焦后再通過主鏡的小孔送回科學(xué)儀器中用于分析。一旦副鏡展開完畢,韋布就是一臺(tái)可以“正式上崗”的望遠(yuǎn)鏡了。

  涼涼

  最后的重頭戲完成于美國(guó)東部時(shí)間1月8日早上10點(diǎn)29分,當(dāng)時(shí)主鏡的最后一面鏡子旋轉(zhuǎn)就位。由于韋布的主鏡面非常大,必須和遮陽(yáng)罩一樣折疊起來(lái),才能搭載阿麗亞娜5型(Ariane 5)火箭升空。

  過去兩周部署成功的還包括一個(gè)朝外旋出的散熱器,這個(gè)散熱器能將望遠(yuǎn)鏡科學(xué)設(shè)備產(chǎn)生的多余熱量排向太空。

  接下來(lái),韋布會(huì)調(diào)整和對(duì)準(zhǔn)主鏡18個(gè)鏡面的位置,使它能夠聚焦收集到的光線。韋布望遠(yuǎn)鏡還將進(jìn)一步冷卻至其運(yùn)行溫度——絕對(duì)零度以上40°C左右,即零下233°C。目前韋布遮光罩背面較冷的一側(cè)已經(jīng)接近零下200°C。

  兩周后韋布將到達(dá)L2,在開始返回科學(xué)成果前,它還將進(jìn)行5個(gè)月的調(diào)試準(zhǔn)備工作。Nota說:“我已經(jīng)迫不及待想看到第一組數(shù)據(jù)了。”

  NASA的這個(gè)“燒錢大戶”用了30年的時(shí)間才研發(fā)成功。歐洲空間局和加拿大航天局也是該項(xiàng)目的合作伙伴。

望遠(yuǎn)鏡
新浪科技公眾號(hào)
新浪科技公眾號(hào)

“掌”握科技鮮聞 (微信搜索techsina或掃描左側(cè)二維碼關(guān)注)

創(chuàng)事記

科學(xué)探索

科學(xué)大家

蘋果匯

眾測(cè)

專題

官方微博

新浪科技 新浪數(shù)碼 新浪手機(jī) 科學(xué)探索 蘋果匯 新浪眾測(cè)

公眾號(hào)

新浪科技

新浪科技為你帶來(lái)最新鮮的科技資訊

蘋果匯

蘋果匯為你帶來(lái)最新鮮的蘋果產(chǎn)品新聞

新浪眾測(cè)

新酷產(chǎn)品第一時(shí)間免費(fèi)試玩

新浪探索

提供最新的科學(xué)家新聞,精彩的震撼圖片