近日,美國航空航天局(NASA)發(fā)布消息,宣布詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(James Webb Space Telescope,JWST)完成了環(huán)境測試,通過了從火箭發(fā)射到太空運(yùn)行的多個嚴(yán)苛測試。
JWST是NASA、歐洲航天局(ESA)和加拿大航空航天局(CSA)聯(lián)合研發(fā)的紅外觀測用太空望遠(yuǎn)鏡,是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡(HST)和斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡(SST)的繼任者。
該望遠(yuǎn)鏡的主要科學(xué)任務(wù)是尋找大爆炸后宇宙中形成的第一顆恒星和星系的光,研究星系的形成和演化,了解恒星和行星系統(tǒng)的形成以及研究行星系統(tǒng)和生命的起源。
JWST原計(jì)劃耗資5億美元,計(jì)劃于2007年發(fā)射,但由于預(yù)算嚴(yán)重超支,發(fā)射時間數(shù)次推遲,最新預(yù)估總耗費(fèi)高達(dá)96.6億美元,發(fā)射時間目前定為2021年3月30日,發(fā)射計(jì)劃地點(diǎn)為圭亞那太空中心,由亞利安五號火箭運(yùn)載升空。
此項(xiàng)目曾被稱為“新一代太空望遠(yuǎn)鏡”(Next Generation Space Telescope),2002年更名,以美國宇航局第二任局長詹姆斯·韋伯的名字命名。1961年至1968年詹姆斯·韋伯擔(dān)任局長期間曾領(lǐng)導(dǎo)阿波羅計(jì)劃等一系列美國重要的太空探測項(xiàng)目。
JWST攜帶了四個觀測裝置:近紅外熱像儀、近紅外光譜儀、中紅外裝置和精細(xì)導(dǎo)星傳感器。
近紅外熱像儀是一種紅外成像儀,其光譜覆蓋范圍從可見光(0.6 μm)到近紅外(5 μm)。近紅外熱像儀還將作為韋伯望遠(yuǎn)鏡的波前傳感器。
近紅外光譜儀提供三種觀察模式:使用棱鏡的低分辨率模式,R~1000多物體模式和R~2700積分場單元或長縫光譜模式。
中紅外裝置包含中紅外相機(jī)和成像光譜儀,將測量5至27 μm的中紅外波長范圍。該裝置由NASA和歐洲國家財(cái)團(tuán)合作開發(fā),亞利桑那大學(xué)和英國天文技術(shù)中心共同研制。
精細(xì)導(dǎo)星傳感器用于控制航天器的整體方向,也用于驅(qū)動精細(xì)轉(zhuǎn)向鏡以實(shí)現(xiàn)圖像穩(wěn)定。
為便于觀測,機(jī)體要能承受極度低溫,也要避開太陽光與地球反射光,因此JWST附帶了可折疊遮光板(面積與網(wǎng)球場相當(dāng)),以屏蔽會成為干擾的光源。因其處于拉格朗日點(diǎn),地球、太陽與JWST三者的視界總處于一定的相對位置,遮光板無需頻繁修正位置即可發(fā)揮作用。
JWST的鏡面系統(tǒng)包括主鏡、次鏡和三鏡。其中其主鏡結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜,造價最昂貴,由許多個子鏡拼接而成的,形式蜂房結(jié)構(gòu)。
JWST全尺寸模型圖(黃色部件就是主鏡)
主反射鏡由金屬鈹制成,可以在絕對為零的情況下正常工作,口徑達(dá)到6.5 m。
主鏡的鏡片排成六角形,聚光部和鏡面都露在外面,容易讓人聯(lián)想到電波望遠(yuǎn)鏡的天線。另外,其主體也不呈筒狀,而是在主鏡下展開座席狀的遮光板(圖中下部淺色部分)。
主鏡直徑比發(fā)射用的火箭還大。主鏡被分割成18塊六角形的鏡片,每個鏡面的拋光誤差不得超過10 nm;同時鏡面也經(jīng)過專門研磨,使得其能夠在遮陽板陰影的極度嚴(yán)寒環(huán)境中保持正確形狀。
每塊鏡片背部都裝有7個馬達(dá),能夠在10 nm的精度內(nèi)調(diào)整鏡片的形狀和方向。發(fā)射后這些鏡片會在高精度的微型馬達(dá)和波面?zhèn)鞲衅鞯目刂葡抡归_。
JWST質(zhì)量為6.2噸,約為哈勃太空望遠(yuǎn)鏡(11噸)的一半;主鏡直徑為哈勃的2.7倍,面積為其5倍以上。JWST被稱為是有史以來最強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡,其優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在其體積。
哈勃望遠(yuǎn)鏡目前觀測到離地球最遠(yuǎn)的星系是GN-z11。科學(xué)家認(rèn)為,這是一個僅在宇宙誕生四億年后才出現(xiàn)的星系。這是哈勃的極限觀測距離。而JWST預(yù)計(jì)可以觀測到宇宙誕生1億年后的星系。
哈勃望遠(yuǎn)鏡無法觀測到波長超過1 mm的光,但JWST的觀測范圍更廣,可以觀測到波長為30微米的光,其集光能力也是哈勃望遠(yuǎn)鏡的6倍以上。