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「世界十大望远镜排名」全球十大天文望远镜有哪些( 二 )

望远镜生活百科


哈勃空间望远镜（HST）是1990年发射的 ， 但在美国空间望远镜研究所（Space Telescope Science Institute ， STScI） ， 对哈勃继任者的讨论从1 989年就已经展开了 。1996年 ， 他们认为下一代望远镜应该是主镜直径4米以上的红外望远镜 。2002年选定科学团队 ， 2004年开始建造 ， 2005年选定发射场 ， 2011年18片主镜制造完毕 ， 2013年开始制造遮阳板 ， 2015年组装光学组件 ， 2017年进行测试 ， 2018年整体组装测试 ， 最终在2021年发射 。但对那些一直在等待的人来说 ， 这一切都是值得的 ， JWST夸张的参数也足以让它配得上哈勃继任者的称号 。
哈勃继任者
JWST主镜口径达到6.5米 ， 由18片铍镜片拼接而成 ， 每片直径1.32米 ， 仅重20千克 。选用金属铍为主镜材料 ， 是因为铍质量较轻且强度较大 ， 并且在低温环境下仍能保持形状 。一般的镜子应该能完全还原物体原本的颜色 ， 但JWST的镜片明显是黄色的 ， 这是因为它在镜面上镀了700个原子厚的金 ， 这样能提高镜片对红外线的反射能力 ， JWST主要观测的就是红外线 。严格来说 ， JWST观测的波长范围从橙色的600纳米一直延伸到远红外的28.5微米 。
JWST和哈勃 ， 斯皮策观测波段的对比（图片来源：webb space telescope media kit/NASA）
观测红外线是件麻烦事 ， 因为黑体辐射 ， 所有300开尔文左右的物体都在发射红外线 。所以必须对望远镜进行冷却 。在太阳系内 ， 最大的热源就是太阳 ， 必须把主镜和太阳隔绝开来 ， 于是科学家为JWST设计了5层遮阳板 ， 每层大小约为21米×14米 ， 厚度却仅有几十微米：最外侧为50微米 ， 其余4层为25微米 。面向太阳的一侧 ， 遮阳板温度高达125℃ ， 而主镜一侧的温度可以低到-235℃ 。按常见防晒产品的标准来算 ， 这5层遮阳板的SPF系数高达100万 ， 能将太阳辐射的影响降到原来的百万分之一 。
之所以要克服这么多困难在红外波段观测 ， 是因为来自早期宇宙的光在经过百亿年的红移后 ， 早就变成了红外线 。在波长相同的情况下 ， 望远镜口径越大 ， 空间分辨率也就越高 ， 在光学波段 ， JWST的分辨率高达0.1角秒；6.5米的口径同时带来了前所未有的灵敏度 ， 理论上 ， 它能探测到地月距离那么远的一只大黄蜂的发出的红外线 。除了传统的相机 ， JWST还搭载了光谱仪和星冕仪 ， 能让它获得更多科学数据 。为了到达拉格朗日点L2点附近避开地球、月球光线的干涉 ， 获得最优的观测环境 ， 整个望远镜的重量被限制到了6.2吨 ， 和一辆中巴车相当 。
可折叠望远镜
当然 ， 想把望远镜发射到天上 ， 仅仅减轻重量是不够的 ， 没有火箭能装得下这么大的结构 ， JWST必须是可折叠的 ， 这带来了更多困难 。JWST的主镜、副镜、5层遮阳板 ， 还有老生常谈的太阳能板 ， 都是可折叠的 。
JWST折叠放置在阿丽亚娜5整流罩中的示意图（图片来源：webb space telescope media kit/NASA）
从打包状态到完全展开是一个复杂的过程 。发射不久后 ， JWST就会打开太阳能板获取能量 。在这之后 ， JWST还会修正几次轨道 ， 因为阿丽亚娜5并不能直接把它送到L2点附近轨道 ， 那样会将望远镜的光学组件暴露在阳光下造成损害 。在发射2.5天后 ， JWST展开两个遮阳板支架 ， 然后望远镜的可展开塔组件（Deployable Tower Assembly）会展开 ， 将JWST的光学部分和其他部分分离开来 ， 为5层遮阳板提供空间 。全部5层遮阳板会在发射后一周内展开 。副镜和主镜会在第二周内展开 。发射29天后 ， JWST将进行最后一次机动 ， 驶入L2点轨道 ， 该轨道在月球轨道之外 ， 距地球大约150万公里 ， 在地球引力的帮助下 ， JWST将绕着太阳一起旋转 。
在那之后 ， JWST仍不能开始工作 ， 它要开始漫长的冷却 。遮阳板的暗面大约会在那之后3周冷却到40开尔文左右 ， 而JWST的MIRI设备还需要额外制冷剂冷却到7开尔文 。在那之后望远镜将会对变形过程中产生的误差进行修正 ， 主镜和副镜会在发射4个月后完成调试 ， 那时它们位置排列的误差会小于观测波长 ， 仅有几纳米 。在经过几个月的调试、测试后 ， JWST将会在发射约半年后开始正式科学观测 ， 为我们揭开宇宙早期的秘密 。

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