“鴿王”詹姆斯 韋伯太空望遠(yuǎn)鏡又鴿了！

　　NASA給出的最新消息是，韋伯將于12月25日發(fā)射。希望這次它做好了發(fā)射準(zhǔn)備。

　　詹姆斯 韋伯太空望遠(yuǎn)鏡最早定于2007年投入使用，但是多年來，開發(fā)挑戰(zhàn)和成本超支導(dǎo)致望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃一再拖延，研發(fā)受到阻礙，發(fā)射計(jì)劃也是不斷推遲。

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　　發(fā)射成功后，詹姆斯 韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將成為繼哈勃之后，人類最強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡。作為繼任者，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡有哪些變化和超越？

　　庫(kù)房中的詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（圖片來源：NASA）

體重更輕，但技能更多，核心任務(wù)升級(jí)

　　根據(jù)報(bào)道，詹姆斯 韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的質(zhì)量為6.2噸，約為哈勃太空望遠(yuǎn)鏡（11噸）的一半。

　　但詹姆斯 韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的主反射鏡由鈹制成，口徑達(dá)到6.5米，面積更是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的5倍以上。

　　哈勃太空望遠(yuǎn)鏡主要觀察光學(xué)和紫外線波長(zhǎng)，而詹姆斯 韋伯太空望遠(yuǎn)鏡能在近紅外波段工作。同時(shí)，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡對(duì)環(huán)境的適應(yīng)更強(qiáng)，能在接近絕對(duì)零度（零下273.15攝氏度）的環(huán)境中運(yùn)行。

　　大名鼎鼎的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡（圖片來源：NASA）

　　多年來，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡取得了非常多的成就，作為繼任者，詹姆斯 韋伯望遠(yuǎn)鏡為什么不繼續(xù)觀測(cè)光學(xué)和紫外線波長(zhǎng)，而是主攻紅外線的天文觀測(cè)呢？

　　這與天文學(xué)家對(duì)詹姆斯 韋伯望遠(yuǎn)鏡的期望有關(guān)。

　　詹姆斯 韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的核心任務(wù)是觀察宇宙微波背景輻射，即宇宙大爆殘余紅外線，尋找大爆炸理論的證據(jù)，也就是觀測(cè)今天可見宇宙的初期狀態(tài)。這就要求詹姆斯?韋伯望遠(yuǎn)鏡要比哈勃看得更遠(yuǎn)、更早。

　　宇宙大爆炸（圖片來源：NASA）

　　而太空中的許多物體在可見光或紫外線下都很暗淡或不可見，但在紅外線下卻能很好地顯示出來。

　　這與紅外線本身特性有關(guān)。

　　紅外線（Infrared，IR）是一種“光”，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f是一種電磁波。它的頻率高于微波爐的微波，但比人眼能看到的可見光要低。紅外線在電磁波譜中頻率為0.3THz～400THz，對(duì)應(yīng)真空中波長(zhǎng)為1mm～750nm輻射的總稱。

　　之所以叫“紅外”，是因?yàn)檠劬吹降募t色光、藍(lán)色光是頻率越低顏色越紅，紅外線的頻率比紅光還低。

　　電磁波譜（圖片來源：合肥晚報(bào)）

　　雖然肉眼無法看到，但紅外線存在很廣。物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)能產(chǎn)生紅外輻射，自然界中的一切物體，無論是北極冰川，還是火焰、人體，甚至極寒冷的宇宙深空，只要它們的溫度高于絕對(duì)零度-273.15攝氏度，都會(huì)有紅外輻射。

　　紅外輻射的能量以及頻率與自身溫度正相關(guān)。我們?cè)陔娪啊㈦娨暲锟吹绞勘宕骷t外線夜視儀就能看清楚目標(biāo)，利用到的是紅外成像技術(shù)。原理是根據(jù)探測(cè)到的物體的輻射能量的高低，經(jīng)系統(tǒng)處理轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)物體的熱圖像，以灰度級(jí)或偽彩色顯示出來，即得到被測(cè)目標(biāo)的溫度分布，好比藍(lán)色背景下的紅色人影，從而判斷物體所處的狀態(tài)。

　　在這次新冠疫情防控中，這一測(cè)溫方法也得到了廣泛應(yīng)用。

　　疫情防控中的紅外線熱成像應(yīng)用（圖片來源：央視截圖）

　　行星能發(fā)出紅外線，且這些紅外線可以被它大氣層中的化學(xué)元素更改，而科學(xué)家分析得到的化學(xué)元素組成則可能象征著外星生命的存在。

　　韋伯望遠(yuǎn)鏡會(huì)使用專門的設(shè)備阻擋距離遙遠(yuǎn)的星球的光，從而捕捉到繞恒星運(yùn)行的任何物體的圖像，比如太陽系之外的行星——遙遠(yuǎn)太空中那些類似地球的不發(fā)光天體。

　　另外，韋伯望遠(yuǎn)鏡可以捕捉到溫度更低的天體，例如因距離太陽較遠(yuǎn)、承受陽光較少，溫度低到零下一兩百攝氏度的柯伊伯帶和奧爾特云，起源于這兩個(gè)區(qū)域、以冰雪為核心的彗星，還有新生恒星在形成自己星系過程中產(chǎn)生的龐大原行星盤，以及分子云等等，它們都是距離恒星遠(yuǎn)、自身溫度低的天體，但它們所發(fā)出的微弱紅外射線仍然可以被靈敏的韋伯望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)。

尋找大爆炸理論的證據(jù)，為什么韋伯望遠(yuǎn)鏡最合適？

　　在前面的介紹中，我們提到韋伯望遠(yuǎn)鏡可以通過觀測(cè)宇宙大爆殘余紅外線的方式，查找宇宙初期狀態(tài)。

　　不過地球上也有紅外觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡，為什么要用韋伯望遠(yuǎn)鏡呢？

　　這與天文觀測(cè)兩個(gè)問題有關(guān)：光吸收和光污染。

　　首先，地球大氣層吸收了大量的紅外光，特別是水汽、二氧化碳等，這將影響對(duì)來自遙遠(yuǎn)宇宙的紅外輻射的觀測(cè)，使光譜學(xué)和遙遠(yuǎn)星系中的元素識(shí)別變得非常困難。

　　其次,地面附近的紅外光污染非常強(qiáng)，不僅地球本身紅外輻射非常強(qiáng)，地面的各種事物——人、房屋、望遠(yuǎn)鏡等都有紅外輻射，這對(duì)于精細(xì)的天文觀測(cè)影響是很大的。

　　因此，地球大氣對(duì)天文方面的紅外線觀測(cè)僅有7個(gè)狹窄的“窗口”，也就是說只有7個(gè)特別的紅外線波段。

　　為了盡量克服困難，地面的紅外望遠(yuǎn)鏡常置于高山區(qū)域。世界上較好的地面紅外望遠(yuǎn)鏡大多集中安裝在太平洋美國(guó)夏威夷的莫納克亞，這里海拔4200多米，人跡罕至，是世界紅外天文的研究中心。

　　1991年建成的凱克望遠(yuǎn)鏡可能是最大的地面紅外望遠(yuǎn)鏡，它位于夏威夷島的莫納克亞山上，口徑為10米，可兼作光學(xué)、紅外兩用。

　　凱克望遠(yuǎn)鏡（圖片來源：NASA）

　　因此，要獲得宇宙中更多的紅外波段信息，就必須“打天上的主意”。最初，是科學(xué)家用高空氣球裝紅外線探測(cè)器，后來發(fā)展到飛機(jī)運(yùn)載紅外望遠(yuǎn)鏡或探測(cè)器進(jìn)行高空觀測(cè)。

　　1983年1月23日，美英荷聯(lián)合發(fā)射了第一顆紅外天文衛(wèi)星IRAS。而今，詹姆斯 韋伯太空望遠(yuǎn)鏡即將發(fā)射，又將進(jìn)一步拓展這方面的能力。

　　詹姆斯 韋伯太空望遠(yuǎn)鏡身在距離地面150萬公里的太空中，遠(yuǎn)在地球稠密大氣的范圍之外，既不會(huì)被大氣遮蔽宇宙中天體的紅外輻射，也不容易被地球和地面物體的紅外輻射污染。

　　并且，它始終位于日地連線的地球背面，可以通過地球遮擋來自太陽的輻射。它還附帶了可折疊的遮光板，以屏蔽會(huì)成為干擾的光源。

　　以上種種，將幫助這枚太空望遠(yuǎn)鏡成為地球人的“紅外之眼”。就讓我們一同期待它在未來大放異彩吧。