1. 简单百科
  2. 詹姆斯·韦伯空间望远镜

詹姆斯·韦伯空间望远镜

詹姆斯·韦伯空间望远镜(James Webb Space Telescope,简称为JWST),于1996年启动,2021年12月完成发射,是哈勃空间望远镜的继任者。

科学家们为克服大气的干扰,将望远镜安置在地球轨道上,最早部署的是哈勃空间望远镜。后由新一代太空望远镜---詹姆斯·韦伯空间望远镜接替它的工作,韦伯望远镜项目启动于1996年,其由和加拿大航天局共同研发。2010年4月,詹姆斯·韦伯空间望远镜通过了关键任务设计审查。2011年,韦伯望远镜项目进入最终设计和制造阶段。2016年11月,詹姆斯·韦伯空间望远镜完成最终建造工作。2021年5月,其完成了所有试验工作,并被封闭起来。2021年10月,其抵达。2021年12月25日7时20分(美东时间),在发射延迟数年后,詹姆斯·韦伯空间望远镜从成功发射升空。

詹姆斯·韦伯空间望远镜总耗资约 100 亿美元,比哈勃望远镜大六倍,设计能观测到 135 亿年前的宇宙。詹姆斯·韦伯空间望远镜主要由三个部件组成:光学望远镜(OTE)、太空舱组件以及综合科学工具指令舱(ISIM)。2022年7月,)公布了詹姆斯·韦伯空间望远镜拍摄的首批图像成果。该批五张图像涵盖深空星系团、致密星系群、弥漫星云以及太阳系外行星等天文学最前沿的研究领域。9月,韦伯望远镜对质量是地球8.6倍的系外行星K2-18 b进行了一项新的调查,发现了包括甲烷二氧化碳在内的含碳分子的存在。

韦伯望远镜詹姆斯·韦伯空间望远镜发回高质量红外图像,助力人类深入探索宇宙并提高对星系的起源和演化、恒星诞生、行星形成等过程的理解。其代表着人类深的好奇心,使人类能够不畏艰辛,带领人类观看未曾一见的隐秘世界,为整个人类的科学认知贡献力量。

命名由来

通过地球大气层观测太空中的天体,就像是透过一杯水看世界,所有东西都是扭曲或者不清晰的。只有在地球大气层以外的地方,望远镜才能够探测到来自恒星、星系和太空中其他天体的光,而这些光都没有经过大气层的扭曲和吸收,观测结果也会更加清晰。为了克服大气的干扰,科学家们将望远镜安置在地球轨道上,称为,其中最早部署的是哈勃空间望远镜太空望远镜。

后由新一代太空望远镜来接替它的工作,这就是詹姆斯·韦伯空间望远镜(James Webb Spatium Telescopium,JWST)。詹姆斯·韦伯空间望远镜项目启动于1996年,起初称为“下一代空间望远镜(Next Generation Space Telescope)”,2002年改为现名,以纪念美国国家航天局的第二任局长詹姆斯·韦伯(James Webb)在阿波罗计划中发挥的关键性领导作用。国家天文台研究员、天文学名词审定委员会委员邓劲松介绍,天文学名词审定委员会在审定JWST的中文名时,Webb采纳了新华社译名室的译名“韦布”,坊间常见的则称为“韦伯”。“韦伯”实为Weber或Webber的译名,如在天文界知名度颇高、最早自称探测到引力波的物理学家约瑟夫·韦伯。

发展历程

发展背景

1990年4月24日,发现号航天飞机从美国肯尼迪航天中心发射升空,将“哈勃空间望远镜”送上了近地轨道。“”第一次给人类展现了宇宙的深空,带来了距离地球130亿光年之外的信息,了解138亿年前宇宙大爆炸的起始点,揭示大爆炸的真相等,但“哈勃”已然接近暮年。美国航空航天局(简称 NASA)最初对“哈勃”的设计寿命是25年。在确定哈勃继承者的计划上,早在“哈勃”还未上天时就开始酝酿,接替它工作的新一代太空望远镜,就是詹姆斯·韦伯空间望远镜。因为詹姆斯·韦伯空间望远镜耗资巨大,几番超出原有预算,NASA不得不寻求与欧洲航天局合作,所以延误了一段时间。

研发工作

詹姆斯·韦伯空间望远镜(下面简称“韦伯望远镜”)后由美国国家航空航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)和加拿大航天局(CSA)共同研发。 2001年末,NASA意识到对于未来的空间探测方案最关键的工程技术之一,就是为这些项目的低噪探测系统提供长期的6K及以下温区的冷却。为了使得压缩式制冷机的发展能够应对这些项目的挑战,NASA启动了先进制冷机技术研发项目(Advanced Cryocooler Technology Development Program,简称 ACTDP),在NASA之前成功的斯特林制冷机、脉管制冷机和透平逆布雷顿制冷机等制冷机技术的基础上,致力于研发在6K和18K能够提供制冷量的制冷机。

2003年秋天,3家竞争单位的制冷机方案完成了初步设计评审,并开始细节设计ACTDP的工程样机。2004年春天,受NASA)资金减少和项目延迟的影响,ACTDP也延长了一年。2007年,MIRI制冷机子系统完成了制冷机的研发和演示。在其他方面,同年1月,JWST项目中的10项关键技术开发中有9项成功通过了第三方审查,这些技术被认为足够成熟,可以消除项目中的重大风险。2008年3月,项目完成了初步设计审查(PDR)。4月,该项目整体成功通过了第三方审查。2009年3月,项目的集成科学仪器模块进行评审;10月,项目完成了光学系统组件评审,以及2010年1月的遮阳罩评审。

到了2010年4月,韦伯望远镜通过了关键任务设计审查(MCDR)的技术部分,意味着整个韦伯望远镜能够满足其任务的所有科学和工程上的要求。之后的几个月内,在一个被称为独立全面审查小组的评审过程中,对项目进度进行了审查,导致了对任务的重新规划,将发射时间从2015年调整到2018年。2011年,韦伯望远镜项目已进入最终设计和制造阶段(D阶段)。主镜六边形镜片的组装工作于2015年11月开始,并于2016年2月基本完成。韦伯望远镜的最终建造工作于2016年11月完成。

测试工作

2017年9月,表示,韦伯空间望远镜的发射时间从2018年的10月推迟至2019年的3月至6月之间。声明解释说,韦伯望远镜及其遮光板的体积和复杂性超过多数探测器,比如仅遮光板释放设备就要安装100多个,振动测试也要用更长时间。

2018年3月,广泛的测试工作开始。由于遮光罩在一次实际展开测试过程中撕裂,遮光罩的电缆没有充分拧紧,美宇航局将韦伯望远镜的发射再次推迟了一年多(至2020年5月)。2018年6月,宇航局将发射日期又推迟了10个月(至2021年3月),这是基于2018年3月展开测试出现问题后召开的独立审查委员会的评估。2020年10月,为了模拟火箭的发射环境,韦伯望远镜完成了环境测试试验。2020年12月,韦伯望远镜再次完成了遮阳罩的一系列测试。2021年5月,其又完成了主镜面的展开试验。此后,韦伯望远镜被封闭起来。

发射升空

2021年9月9日,宣布,韦伯望远镜计划于2021年12月18日,在法属圭亚那库鲁航天中心由阿丽亚娜-5运载火箭(Ariane5)发射升空。9月26日,一艘载着韦伯望远镜的驳船离开加利福尼亚州,历时16天,行程9300余千米,到达南美洲东北海岸法属圭亚那库鲁河上的帕里亚卡博港。法属圭亚那纬度极低,对航天发射十分有利。从海港卸下后,于2021年10月12日抵达库鲁的欧洲航天发射中心

2021年11月22日,表示,位于法属圭亚那的韦伯望远镜发射基地发生异常情况,导致发射日期推迟到12月22日,由阿丽亚娜V型火箭在其VA256飞行任务中发射。12月14日,美国航空航天局发布声明,韦伯望远镜团队正在解决望远镜与运载火箭系统之间的通信问题。这导致发射推迟2天,最早12月24日发射。12月21日,受法属圭亚那库鲁航天中心所在区域的恶劣天气影响,韦伯望远镜的发射日期将从12月24日推迟至最早12月25日。2021年12月25日7时20分(美东时间),在发射延迟数年后,的继任者---韦伯望远镜从法属圭亚那库鲁航天中心成功发射升空。

韦伯望远镜此行的终点是日地拉格朗日点(L2),一个引力稳定点,大约是地球和月亮之间距离的4倍,其将与地球同步环绕太阳运行,始终停留在地球夜面。发射一周后韦伯望远镜开始陆续启动各种精密机构,包括140个释放机构、70个链组件、400个滑轮、90根电缆和8台展开电机等。2022年1月8日,韦伯望远镜的主镜在太空完全展开,准备开启对宇宙起源的探索。1月9日,韦伯望远镜成功完成了主反射镜最后一部分的展开,并完成锁定。1月25日,韦伯太空望远镜使用其机载推进器超过5分钟(297秒),对望远镜的轨道进行了发射后的最后一次航线修正。这次中途修正使韦伯望远镜进入了它在第二个太阳地球拉格朗日点的最终轨道(L2),离地球大约有100万英里。

太空工作

首批全彩图像

2022年2月11日,(NASA)公布了韦伯望远镜所摄第一颗的图像以及一张望远镜的“自拍照”。7月8日,发布了一张由韦伯望远镜拍摄的武仙座星系照片,这是有史以来最深处的宇宙图像之一,也是NASA计划7月份公布的首批韦伯望远镜全彩图像的“预览图”。7月11日,美国总统通过社交媒体公布了韦伯太空望远镜拍摄的首张全彩色图像。美国国家航空航天局表示,这是迄今为止遥远宇宙最深、最清晰的红外图像。此外,韦伯望远镜还拍摄了、WASP-96b、南环星云和的图像。7月20日上午,一份最新报告显示,韦伯望远镜曾在2022年5月被一块太空岩石击中,其受损程度可能比最初预计的更加严重。7月20日,韦伯望远镜可能发现了宇宙中已知最早的星系,该星系已经存在135亿年。7月21日,一项最新发现可使韦伯望远镜确定地外星球中陆地和海洋的面积比例。

图像拍摄成果

2022年8月3日,韦伯望远镜透过时间和大量尘埃,拍摄到的新图像,以前所未有的清晰度揭示了这个不断旋转的彩色圆环。8月22日,公开了由韦伯望远镜的近在8月7日拍摄的两张照片,这两张照片捕捉到了的北极光、南极光以及极地地区的薄雾。9月11日,美国国家航空航天局公布了猎户座星云内部区域图像。9月20日,美国国家航空航天局又发布了韦伯望远镜在2022年9月5日通过NIRCam仪器拍摄的首张红外图像。10月12日消息,发布了由韦伯空间望远镜拍摄到的在太空中形成“指纹”的图像。这个罕见的宇宙景象由恒星及其产生的尘埃环组成。

2022年10月19日,美国航空航天局宣布韦伯望远镜捕捉到了圆柱形星际气体和尘埃构成的天体景象“”的详细图像。11月4日,加拿大天文学家领导的一个国际科研团队利用韦伯望远镜,确定了迄今已知最遥远的。该由数百万颗组成,这些恒星可能是宇宙中第一批最古老恒星的“遗骸”。11月18日,韦伯望远镜发现了一颗名叫GLASS-z12的星系。12月14日,韦伯望远镜发现了两个最久远的星系。

新的科技发现

2023年1月13日,韦伯望远镜在探索神秘星系NGC 346过程中发现了关于的相关线索。1月16日,韦伯望远镜首次发现了一颗围绕运行的。这颗正式编号为LHS475b,位于距离地球41光年的八角星座,其大小几乎和地球相同,是地球直径的99%。2月20日,韦伯望远镜的最新深空图像显示了一个名为“潘多拉星系团”的太空区域---Abell2744。2月22日,英国自然》杂志发表的一篇论文,报道了在大爆炸后约5亿-7亿年形成的候选大质量。这些星系的质量超出了一直以来人们对早期星系质量的预期。观测结果来自韦伯望远镜公布的首批数据。

2023年3月15日,美国航空航天局使用韦伯望远镜捕捉到了一颗濒临死亡的的短暂状态。美国国家航空航天局在举行的“”多元创新大会上发布了照片。图中展示了一颗即将成为“”的恒星——WR124。这颗恒星位于,距离地球大约15000光年。3月28日,国际著名学术期刊《自然》发表一篇天文学论文称,根据韦伯望远镜的观测结果,地球大小的TRAPPIST-1b上未发现大气的迹象。4月3日,美国科学家利用韦伯望远镜,发现了迄今已知最古老黑洞,这个黑洞在宇宙大爆炸后5.7亿年形成,这一发现可帮助人们理解黑洞这类宇宙“怪兽”的起源及演化历程。

2023年4月24日,天文学家利用韦伯望远镜发现,在《天体物理学杂志快报》上发表了---近300亿光年外的史上最遥远的相关论文。5月8日,在英国杂志《自然·天文学》,天文学家刊发利用韦伯望远镜观察”周围尘埃,结果发现共有3道尘埃环围绕这颗恒星,其中两道为首次发现的相关研究。7月12日,发布一张由韦伯望远镜拍摄的恒星形成特写”图像。7月18日,和得克萨斯大学的天文学家,根据韦伯望远镜的数据发现了存在的证据。相关研究发表在《》上。9月11日,美国国家航空航天局发布消息,韦伯望远镜对质量是地球8.6倍的系外行星K2-18 b进行了一项新的调查,发现了包括甲烷二氧化碳在内的含碳分子的存在。

2024年,天文学家使用詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST),首次探测到太阳系外一颗岩石行星富含二氧化碳或一氧化碳的大气层。尽管该行星可能被岩浆海洋覆盖,无法维持生命,但对其研究可增进对地球早期历史的了解。相关论文 2024 年 5 月 8 日发表于《自然》。此次发现意味着一个新的里程碑,这是人类首次探测出一颗太阳系外类地行星的大气成分,而且确定其为“次生大气”。7月7日,法国科学家借助詹姆斯·韦布空间望远镜,首次在宇宙中发现了“悬空”冰。该发现有助于人们揭示地球生命化学成分的秘密。

系统结构

韦伯空间望远镜造价100亿美元,是美国航空航天局迄今建造的最大、功能最强的空间望远镜,其主镜直径6.5米,由18片巨大六边形镜片构成;配有5层可展开的遮阳板。其由三个主要部件组成:光学望远镜(OTE)、太空舱组件(太空舱和遮光罩)以及综合科学工具指令舱(ISIM)。

光学望远镜

光学望远镜模块(OTE)是韦伯望远镜的主要结构之一,由望远镜的主镜、次镜、三级反射镜、精细转向镜、望远镜框架及其控制装置等结构组成。OTE好比整个韦伯望远镜的眼睛,其原理是三镜消像散望远镜:光线首先由主镜汇聚并反射给次镜,次镜进一步将光线传递给处于望远镜中心的三级反射镜,而后经过精细转向镜传递给综合科学仪器模块进行光线的接收与处理。  

对主镜的设计与建造是整个“韦伯”工程中最具挑战性的。主镜展开后宽达6.5 米,如果把它做成一面单独的大镜子,对现有的运载火箭来说均太大了。因此,工程师将主镜分割成18块正六边形,在发射前折叠放入火箭整流罩,发射后再展开,异常精巧,是合理利用火箭整流罩空间的设计典范。

因为主镜展开后的精度对望远镜的观测能力有巨大影响,如何保证展开后的精度是主镜设计的难点之一。换句话说,18片独立的镜片在展开后要浑然一体。对此,工程师为每一块镜片设计了6个电动伺服机构(致动器),使每块镜片均能单独调整角度,最高调整精度甚至达到了10纳米,这一尺寸大约相当于人类头发丝的一万分之一。韦伯望远镜发射后,近红外相机 (NIRCam) 的波前传感器会测量每一片主镜的误差,进而利用计算机算法实现每一块镜片的自动调整。

韦伯望远镜的次镜、三级反射镜的材质与主镜相同,均为镀金铍镜。其中次镜是一个直径74厘米的圆形曲面,三级反射镜则是一个更小的不对称六边形镜片。光线经过主镜、次镜、三级镜的反射后,由精细转向镜进一步稳定图像,传递给综合科学仪器模块中的四个主要科学载荷,对光线进行分析与处理。

韦伯望远镜的光学系统组件是最重要的有效载荷,具有等效口径大、境面反射率高、极冷环境佳和聚焦精度好这几个特点,显示出技术和工程上的创新。主镜最大最重,需要一个大型支撑结构,很难磨制成单一镜面,且现有运载火箭整流罩内也无法装下,因此主镜面由18块独立的六边形镜片组成。六边形镜片很容易无缝拼接在一起形成近圆形的主镜面,每个镜片的等效直径为1.32米,拼接完成后的主镜面抛光总面积达26.3平方米,除去副镜和支撑支柱的遮挡部分,有效收集面积为25.4平方米,远远超过哈勃空间望远镜的主镜。韦伯望远镜发射后,近红外相机(NIRCam)的波前传感器会测量每一片主镜的误差,进而利用计算机算法实现每一块镜片的自动调整。

太空舱遮阳罩

在外型上,韦伯望远镜与哈勃望远镜几乎完全不一样。韦伯望远镜没有镜筒,望远镜的镜筒主要是为了防止杂光影响成像和观测,望远镜越大,所需要的镜筒也越大越重。韦伯望远镜取消了镜筒,极大的降低了发射的重量,但是为了阻挡杂光的影响,它配备了巨大的遮阳装置。遮阳装置的使用,使韦伯望远镜具有了降至极低温度的能力。韦伯望远镜为了观测到近远红外线,足足配备了五层遮阳伞,每层有一个网球场那么大。遮阳罩第一层直接面向太阳,厚度仅0.05毫米,其他四层则为0.025毫米,而第五层主要用于防止缺陷、微流星撞击等。

从面积和形状看,第一层面积最大,且相对平坦;第五层面积最小,弯曲度最大。层间的间隙提供了额外的绝缘效果,各层之间中心间距最小,边缘处间距最大,可以将热量从中心引导到外部,最后散发到空间。每层遮光罩都涂有约100纳米的铝,高反射铝表面可以将剩余的能量从遮阳层边缘的缝隙中反射出来。两个最热的层(第一、二层)面向太阳侧还有掺杂约50纳米厚的硅涂层,将热量反射回太空,并提高其在太空环境中的光学性能和使用寿命。通过遮阳罩可将多余的光和热进行反射,因此就可以观察到能量低,行星、尘埃盘等之前未观察到的天体了。但针对目前的火箭运载技术来说,完全展开韦伯望远镜进行发射还是不切实际的,因此韦伯望远镜的遮阳伞与镜片在发射时会折叠起来,在发射后按规定步骤再展开。

综合科学工具指令舱

综合科学仪器模块(ISIM)承担着韦伯望远镜的科研探索工作,一共由4款主要仪器组成,分别是近红外相机(NIRCam)、近红外光谱仪(NIRSpec)、精细制导传感器/近红外成像无缝隙光谱仪(FGS/NIRISS)、中红外仪(MIRI)。 

它们都提供成像和光谱功能在2.5 μm波长以下,NIRCam 可提供约60毫角秒的空间分辨率, 优于哈勃空间望远镜。NIRSpec可提供的光谱分辨本领约2700。它采用一系列微型快门, 大大减少了天空背景并可以同时观测多个目标。为了防止在长期操作中某些仪器的部分功能丢失, 近红外仪器的功能在设计上有所冗余, 这样的设计提高了望远镜的整体可靠性。中红外仪器需要一个额外的冷却泵, 但其他仪器可以在没有它的情况下工作。这类似于斯皮策望远镜在耗尽冷却剂后可以进入“温暖任务”阶段。

近红外相机、近红外光谱仪均可以观测0.6到5.0微米的波段,近红外相机还承担着18片主镜的在轨测试与校准任务。精细制导传感器/近红外成像无缝隙光谱仪(FGS/NIRISS)由精细制导传感器、近红外成像与光谱仪联合组成,可以观测0.8至5.0微米的波段。精细制导传感器是整个韦伯望远镜的“罗盘”,通过该传感器,韦伯望远镜能以极高的精度指向需要探索的天空。中红外仪是中红外波段相机与光谱仪的复合体,可观测4.6微米到28.6微米的中长红外波段。它还配备了日冕仪,非常适合观测太阳系外行星。有了这些波段与原理互补的科学载荷,韦伯望远镜就化身成一部时光机器。它可以看到130亿光年外的宇宙,观测宇宙第一批天体的形成和演化,揭示宇宙久远的历史。

科研成果

科研原理

由于膨胀,宇宙早期的发光体发出的可见光和紫外光已经被拉长,并以红外线的形式传播。韦伯望远镜凭借强大的综合科学模块(ISIM)——近红外相机(NIRCam)、近红外光谱仪(NIRSpec)、精细制导/近红外成像无缝隙光谱仪(FGS/NIRISS)、中红外仪(MIRI),将能够观测宇宙大爆炸后出现的第一批的形成和演化,观测原始如何随时间生长、和系统如何形成,并认识人类身处的本身,进而了解如何具备能提供生命繁衍生息的条件。

科学目标

揭发宇宙之谜

宇宙大爆炸之后,过了2亿年,科学家认为宇宙第一批恒星就在那时形成。这批恒星主要由氢和氦组成,而且比现在的恒星要大上许多。或许因为质量过多,它们的反应也过快,不久之后它们就发展成超新星,然后在爆炸中结束了自己的一生,而它们在爆炸期间向外喷射的物质,成为了如今各大恒星反应的主物质。该事实是否如此,韦伯望远镜可以协助研究。韦伯望远镜可以观测到更长波长的电磁波,大约是可观测的最长波长的20倍。理论上,韦伯望远镜可以看到从诞生之日算起,1.5亿至2.5亿年的光线。其可以提供一些线索,来帮助科学家检验理论的真实性。

星系形成之谜

人类已看到的年轻星系大多是椭圆形、螺旋形或棒旋形等和谐的形状,而且它们还都至少与其他星系经历了一次碰撞和合并。按照这一趋势,星系应该是保持规则的形状,然后变得越来越大。但是,年纪较大的星系的表现却是另一个样,它们更小,且形状混乱,没有规则。鉴于韦伯望远镜可以看到更早时期的光线,其可以告诉科学家为什么会这样,而这是第二个宇宙之谜了。

关于暗物质

韦伯望远镜可以帮助科学家寻找暗物质。由于暗物质不跟任何电磁波产生作用,只通过引力影响着其它物质,所以科学家无法直接观测到暗物质。但科学家可以对暗物质进行间接观测。由于韦伯望远镜对光线更加敏感,因此它可以根据暗物质对遥远星系传来的光所造成的引力透镜效应,来寻找暗物质存在的踪迹。

寻找地外生命

韦伯望远镜还帮助科学家对太阳系外行星太阳系以外的行星)进行探索。其中最让科学家期待的是对TRAPPIST-1星系的探测。trappist-1星系是距离太阳系39.13光年的另一个恒星系,在这个恒星系里,有3颗行星处在宜居带里。科学家用韦伯望远镜来探测和分析trappist-1星系里的恒星经过这3颗行星大气层的光,看看这3颗行星的大气成分,以间接地了解它们上面是否有可能诞生生命。

关于太阳系

研究关于太阳系的。首先,尽管冥王星已经不在行星之列,但科学家从没停止对它的探索,而目前关于冥王星的图片和影像依然是模糊一片,冥王星的真实面目还未被人类所知。韦伯望远镜可以为科学家带来更高清的冥王星图片,从而揭示冥王星的真面目。另外,科学家对于来自奥尔特云(被认为是太阳系彗星的起源地)的彗星的观测,目前还只停留在亮度、大小、强度和彗尾的研究,还无法对彗星的本体直接进行研究。在韦伯望远镜的帮助下,科学家有机会对彗星本体进行首次直接的观测和研究。由于彗星通常是太阳系行星形成初期遗留下来的物质,未来对彗星本体的观测有可能为地球的起源提供线索。

重要成果

2022年7月12日,)公布了韦伯望远镜拍摄的首批五张图像。该批图像涵盖深空星系团、致密星系群、弥漫星云以及系外行星等天文学最前沿的研究领域。

参考资料:

重要科研

相关比较

对比哈勃望远镜

作为的后继者,韦伯望远镜在哈勃望远镜的基础上提供改进的红外分辨率和灵敏度,且红外波谱更宽,观测能力更是哈勃望远镜的100倍。这对于天文观测来说是一个相当大的提升。和“”相比,在外型上,“詹姆斯·韦伯”与“哈勃”望远镜几乎完全不一样。韦伯望远镜没有镜筒,望远镜的镜筒主要是为了防止杂光影响成像和观测,望远镜越大,所需要的镜筒也越大越重。韦伯望远镜取消了镜筒,极大的降低了发射的重量,但是为了阻挡杂光的影响,它配备了巨大的遮阳装置。

韦伯望远镜的18面金光闪闪六边形主镜,每面直径6.5米,总面积达到25.4平方米,是“哈勃”的6倍以上。质量方面,韦伯望远镜的总重约6.5吨,只有“哈勃”的一半,但体积却比“哈勃”有明显提升。其中,“哈勃”主镜为玻璃材质,总重828公斤,而韦伯望远镜则选用了里第四个元素——金属铍,它具有极低的密度,使巨大的主镜重量只有705公斤。此外,铍还有硬度较高、热膨胀系数较低等优点,使韦伯望远镜能够胜任工作条件下巨大的温差,而不会产生过多的热胀冷缩。韦伯望远镜的铍镜表面利用气相沉积技术喷涂了100纳米厚的金层,能很好地提高红外光反射率,起到更好的成像效果。最后,工程师在金层外面又喷涂了一层极薄的,以防止柔软的金层被划伤。

对比FAST望远镜

位于中国贵州的FAST望远镜,俗称“天眼”望远镜,口径达到了500米,但FAST望远镜是地基望远镜,主要在射电波段(波长在0.1米到4.3米)工作。由于大气层对射电波段的透明度较好,这种类型的望远镜在地面上工作应用性好。韦伯望远镜是红外望远镜,地球大气层中的蒸汽二氧化碳对红外线的吸收比较强烈,因此要发射到太空中去观测,但复杂程度和造价指数升高。

中国在2023年发射与空间站共轨伴飞的“中国空间站工程巡天望远镜”号光学舱,这被誉为中国版的哈勃望远镜,该望远镜是中国截至2023年规模最大、指标最先进的空间天文望远镜。,“巡天”号光学舱安装有口径达2米的光学望远镜,分辨率与哈勃相当,大约0.15角秒,但视场是哈勃的300多倍,这意味着它的巡天效率更高。据估算,如果在轨10年,可以对40%以上的天区进行观测,能帮助人类对宇宙的认识。

有关事件

韦伯望远镜镜面被微陨石砸中

2022年6月9日,据美国航空航天局(NASA)称,2022年5月23日至25日,詹姆斯·韦伯太空望远镜的一个主镜遭受了撞击,而这次撞击来自一颗微陨石。研究人员将引起此次撞击的微陨石描述为“以极端速度飞行的尘埃大小的颗粒”。实际上,在打造韦伯太空望远镜之初,其镜面就被设计成能够承受来自围绕太阳地球L2点轨道中“不速之客”的撞击。NASA表示,这次撞击不是流星雨的结果,目前被认为是不可避免的偶然事件。一个专门的工程师团队已经成立,并开始研究如何减轻微陨石撞击影响。

勘测精度提升5-10倍

在科学家的研究中,桑蒂尼和她带领的国际研究团队依赖于韦伯望远镜近红外相机(NIRCam)的勘测数据,在2022年6月28-29日获得了太空勘测图像,这是第一组观测数据,之后他们通过探测21个遥远星系的紫外线辐射和红移值数据(红移值从6.7到12.3),桑蒂尼强调称,詹姆斯·韦伯太空望远镜显著提高了观测效果,避免了之前观测中的推断和不确定性,可使测量准确性提高5-10倍。

在系外行星K2-18 b大气中发现甲烷和二氧化碳

2023年9月11日,美国国家航空航天局发布消息,韦伯望远镜对质量是地球8.6倍的系外行星K2-18 b进行了一项新的调查,发现了包括甲和二氧化碳在内的含碳分子的存在。韦伯望远镜的发现为最近的研究增添了新的内容,这些研究表明K2-18 b可能是一颗海洋系外行星,它有可能拥有富含氢气的大气层和被海水覆盖的表面。

影响和评价

韦伯望远镜通过观测遥远的原始星系,以确定星系是如何演化的,这对人类反思太阳系如何形成与演化有着建设性意义。在星云中间,有不少低能量褐矮星、年轻的原恒星,因为它们的光芒过于暗淡,只有通过韦伯望远镜才能观察到它们。因此,韦伯望远镜将为人类揭示一个由不可见的恒星和行星组成的隐秘宇宙。对于系外行星的探索甚至有助于人类揭开地球上生命起源的疑团。韦伯望远镜则代表着人类深邃的好奇心,其使人类能够不畏艰辛,带领人类观看未曾一见的隐秘世界,为整个人类的科学认知贡献力量。(澎湃新闻 评)

作为美国航空航天局哈勃空间望远镜空间望远镜(HST)的继承者,詹姆斯·韦伯空间望远镜是人类迄今为止功 能最强大的空间望远镜,旨在寻找早期宇宙中首批星系并探索银河系以及系外行星系统。其发回高质量红外图像,助力人类深入探索宇宙并提高对星系的起源和演化、恒星诞生、行星形成等过程的理解。(中国科学院科技战略咨询研究院 王海名评)

韦伯望远镜部署后可以替代年事已高的哈勃空间望远镜。与专注于可见光波段的“哈勃”不同,“韦伯”可以看到波长更长的中红外波段, 同时具有更高的灵敏度与分辨率。它可以看到宇宙中最久远的事件和最遥远的物体,并在天文学和宇宙学研究前沿大放异彩,对推动整个人类社会的进步有重大意义。(文献作者杜骏豪 评)

人物介绍

该望远镜命名者---詹姆斯·韦伯是NASA的第二任局长,任期为1961-1968年。韦伯领导的于1961-1972年间阿波罗登月项目,是其最大的成就。在那个年代踏上月球,并非只是设计出阿波罗飞船,还需要系列载人航天任务(水星计划双子座计划20余次载人航天任务)、重型运载火箭(土星五号)、系列月球探测任务(先锋、游骑兵、月球勘探者几十次任务),甚至还需要协调起步阶段的半导体芯片、电子计算机、通信技术等行业资源支持,最后才可能执行阿波罗登月。在科学方面,韦伯最大的贡献是主导了先锋和水手两大系列深空探测任务,它们有20余项任务,几乎去遍了太阳系的各个星球。

参考资料

哈勃空间望远镜“继任者”中文定名为“詹姆斯·韦布空间望远镜”.今日头条.2023-11-28

宇宙的尽头是怎样的?价值100亿美元的太空望远镜,拍下这些绝美照片.每经网.2023-11-28

哈勃“继任者”韦伯太空望远镜发射升空.界面新闻.2021-12-25

詹姆斯·韦伯太空望远镜抵达目的地,距离地球约160万公里.今日头条.2023-12-06

价值约百亿美元、史上最强望远镜升空,一文读懂詹姆斯·韦伯.澎湃新闻.2023-11-28

32年,32张图,回顾哈勃望远镜拍摄的那些宇宙级美景.今日头条.2023-11-28

一份百亿美元的圣诞礼物.今日头条.2023-11-28

耗资百亿美元、花费25年建造的韦伯太空望远镜终于升空!与哈勃有何不同?.今日头条.2023-11-28

NASA’s Webb Telescope Improves Simulation Software.NASA.2023-12-06

..2023-12-06

宇宙那么大 都想去看看.今日头条.2023-12-06

美国航天局:哈勃望远镜“接班人”发射再推迟.央视网.2023-11-28

一周科创要闻(2021年9月6日-12日).今日头条.2021-09-14

发生异常情况,美国NASA推迟詹姆斯·韦伯太空望远镜发射.今日头条.2021-11-24

哈勃望远镜继任者詹姆斯韦伯发射再推迟:与火箭通信问题待解_科技湃_.澎湃新闻.2021-12-15

詹姆斯·韦伯太空望远镜因恶劣天气推迟发射.今日头条.2021-12-22

史上最强太空望远镜发射升空:耗资百亿美金,韦伯太空望远镜能看到什么?.腾讯网.2023-12-13

詹姆斯韦伯太空望远镜部署完成,NASA:惊人的里程碑.澎湃新闻.2022-01-09

詹姆斯・韦布太空望远镜成功完成主镜展开:面积达 25.4 平方米.新浪.2022-01-09

NASA公布詹姆斯·韦伯太空望远镜所摄首颗恒星图片及“自拍照”.中国新闻网.2022-02-12

美国国家航空航天局将发布首批詹姆斯・韦伯太空望远镜全彩图像.界面新闻.2022-07-09

韦伯空间望远镜首张全彩图像公布,系迄今最深宇宙红外图像.新京报.2022-07-12

来自宇宙深处!韦伯太空望远镜首批彩色照片公布.观察者网.2022-07-13

NASA报告称5月撞击韦伯望远镜的微流星体可能造成了超出预计的损伤.新浪网.2022-07-20

外媒:詹姆斯·韦伯太空望远镜可能发现宇宙中已知最早的星系.环球网.2022-07-21

詹姆斯·韦伯望远镜通过大气分析能锁定地外海洋世界._新浪网.2022-07-21

美媒:韦布空间望远镜拍到“五彩斑斓”车轮星系图像.今日头条-参考消息.2022-08-03

美科学家用韦伯望远镜观测木星,学者:从未见过这样的木星.澎湃新闻.2022-08-24

韦伯太空望远镜捕捉到猎户座星云内部图像.中新网.2022-09-14

韦布望远镜发布首张火星照片.中新网.2022-09-21

韦伯太空望远镜捕捉到双星形成的“指纹”图案.中新网.2022-10-13

美国航天局公布天体景象“创生之柱”新图像.界面新闻.2022-10-20

韦布确定迄今最遥远球状星团.今日头条·环球Tech.2022-11-05

韦伯望远镜发现已知最早星系:形成于宇宙大爆炸后3.5亿年.今日头条-财联社.2022-11-18

美媒:最早星系堪称宇宙怪胎.今日头条-参考消息.2022-12-15

詹姆斯·韦伯太空望远镜在神秘星系NGC 346发现恒星形成线索.今日头条-IT之家.2023-01-13

韦布太空望远镜首次发现系外行星:距地球41光年,直径为地球99%.环球网.2023-01-16

NASA韦伯太空望远镜发现了潘多拉星团的新细节.今日头条-IT之家.2023-02-20

韦布望远镜首批数据揭示大质量星系群.今日头条-环球网.2023-02-26

韦伯太空望远镜捕捉到一颗濒死恒星的短暂状态.今日头条-光明网.2023-03-15

NASA韦伯太空望远镜发现了一颗即将演变为“超新星”的稀有恒星.今日头条-IT之家.2023-03-15

国际最新研究:韦布望远镜在一地球大小系外行星上未探测到大气.环球网.2023-03-28

韦布发现迄今最古老黑洞.中新网.2023-04-03

“韦布”发现迄今最远星系团.今日头条-光明网.2023-04-26

韦布望远镜发现系外恒星有3道尘埃环.今日头条.2023-05-10

美国航天局发布恒星诞生“特写”图像.环球网.2023-07-14

韦布望远镜发现三颗候选暗星.中新网.2023-07-18

人类首次探测到“超级地球”,会成为我们的新家吗.腾讯网.2024-06-06

韦布空间望远镜首次在宇宙中发现“悬空”冰,研究人员称“令人兴奋”.封面新闻.2024-07-09

新一代太空望远镜将揭开五大宇宙之谜.今日头条.2023-11-28

詹姆斯·韦伯太空望远镜镜面被微陨石砸中.今日头条-新京报.2022-06-09

詹姆斯·韦伯望远镜比之前遥远星系勘测精度提升5-10倍.新浪网.2022-08-19

..2023-12-06