沈臻懿

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡傳回的拍攝照片

當(dāng)我們仰望星空，面對浩瀚無際的茫茫宇宙時(shí)，總是滿懷著種種好奇和疑問——宇宙究竟是怎樣誕生、起源和演化的？在地球之外，有沒有外星人或者其他類地生命的存在？為了找到這些問題的答案，人們利用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡開啟了一段神奇的太空之旅。

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的前世今生

2023年1月23日，《自然》雜志發(fā)表了一篇名為《2023年最值得關(guān)注的七項(xiàng)新技術(shù)》的文章，其中一項(xiàng)新技術(shù)便是詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡。

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目作為哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的后繼者，最初啟動(dòng)于1996年。或許誰都未曾想到，這一當(dāng)前世界上最為復(fù)雜且功能最為強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡，歷經(jīng)預(yù)算的不斷追加和無數(shù)次的推遲發(fā)射——從最初5億美元的預(yù)算，到實(shí)際耗資近100億美元。在歷時(shí)20多年的漫長等待后，這臺代表了人類頂尖科技的太空望遠(yuǎn)鏡，于法國當(dāng)?shù)貢r(shí)間2021年12月25日13時(shí)15分搭載阿麗亞娜5（Ariane5）重型運(yùn)載火箭，在法屬圭亞那的庫魯航天中心發(fā)射升空，遠(yuǎn)赴150萬公里之外的太空目的地——日地拉格朗日L2點(diǎn)。

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的總質(zhì)量為6.2噸，約為哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的一半，但其口徑卻比哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的2.4米大很多，達(dá)到了6.5米。要知道，太空望遠(yuǎn)鏡的口徑越大，分辨率也越高，看到的細(xì)節(jié)便更清晰。同時(shí)，它還能收集到更多的光子，并看到更弱、更暗的天體。詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)部件包括了主鏡、次鏡、三級鏡以及微調(diào)鏡。這種“三反射鏡消像散結(jié)構(gòu)”可令來自宇宙的光經(jīng)過一系列光學(xué)部件形成三次反射，并最終抵達(dá)成像的傳感器中。為了減少來自太陽和地球的干擾，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在面對太陽處支起了一把展開后足有一個(gè)網(wǎng)球場大小的聚酰亞胺薄膜“遮陽傘”。相較于防曬化妝品數(shù)十單位的日光防護(hù)系數(shù)（Sun Protection Factor，SPF），聚酰亞胺薄膜“遮陽傘”的SPF高達(dá)100萬！

未來值得期待的尖端科技

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的結(jié)構(gòu)之復(fù)雜，曾一度令科學(xué)家們對其能否按預(yù)期展開工作倍感緊張。從其發(fā)射伊始，各項(xiàng)精密儀器就要經(jīng)受搭載火箭轟鳴升空的劇烈震蕩和搖晃。由于體型龐大，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡以折疊分段式的狀態(tài)放置在火箭整流罩內(nèi)發(fā)射。進(jìn)入太空后，科學(xué)家需要以遙控方式將其展開，并令包括8臺展開電機(jī)、140個(gè)釋放機(jī)構(gòu)、70個(gè)鉸鏈組件、90根電纜、400個(gè)滑輪在內(nèi)的每一個(gè)精密結(jié)構(gòu)完美就位，這也成了詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡得以正常工作的“最難一環(huán)”！在過去的一年多時(shí)間里，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡還遭遇了數(shù)次微隕石撞擊、中紅外儀器故障以及軟件問題等多次險(xiǎn)情。

展開后足有一個(gè)網(wǎng)球場大小的聚酰亞胺薄膜“遮陽傘”

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的主鏡

所幸，經(jīng)受住了各類考驗(yàn)的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，自2022年7月發(fā)回第一批正式照片起，就讓科學(xué)家們倍感驚喜，并對其未來抱有高度期待。在這些照片中，科學(xué)家們甚至還發(fā)現(xiàn)了一些距離我們異常遙遠(yuǎn)，存在于宇宙誕生之初的星系。那么，通過詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡為什么能看到過去的古老天體呢？這就不得不提到其借助的紅外探測優(yōu)勢。相較于可見光和紫外光，紅外光波長較長的特點(diǎn)能讓其繞過某些塵埃而看到隱匿在其背后的天體。隨著宇宙的不斷膨脹，那些古老天體發(fā)出的光向著光譜的紅端移動(dòng)，并形成所謂的“紅移效應(yīng)”。唯有利用紅外探測設(shè)備，才能捕捉并觀察到相關(guān)現(xiàn)象。

這就意味著詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡具有哈勃太空望遠(yuǎn)鏡或者是地球上其他更大的望遠(yuǎn)鏡都無法比擬的高清優(yōu)勢。在過去的數(shù)十年間，人們已經(jīng)通過哈勃太空望遠(yuǎn)鏡知悉了有關(guān)宇宙年齡、星系中心的黑洞等秘密。如果運(yùn)行狀況良好，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在日地拉格朗日L2點(diǎn)運(yùn)行的工作壽命應(yīng)為10年以上，甚至還有可能更長?？梢钥隙ǖ氖?，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡不僅是2023年最值得關(guān)注的新技術(shù)之一，其在未來還可能進(jìn)一步揭開神秘宇宙的“面紗”！

“宇宙時(shí)光機(jī)”般的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的觀測任務(wù)目標(biāo)中，包括了探尋“宇宙大爆炸”后出現(xiàn)的第一批星系、超新星和黑洞等天體，以觀測星系隨時(shí)間推移而演化的過程等。隨著詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的成功啟用，其就如同一臺“宇宙時(shí)光機(jī)”，可幫助人們穿越到70億至130億年前的宇宙，窺探幾乎處于“大爆炸”同期的宇宙形態(tài)！

從詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡傳回的拍攝照片中，科學(xué)家們觀測到了138億年前的星系，這如同穿越了時(shí)空隧道來到宇宙剛初生的時(shí)期。這種時(shí)光穿梭的體驗(yàn)，來自光的傳播。這就好比我們站在地球上，抬頭看到的太陽實(shí)則是8分鐘之前的太陽。這是因?yàn)楣庑枰欢〞r(shí)間，才能從一個(gè)地方傳播至另一地方。太陽光到達(dá)地球需要足足8分鐘。對于整個(gè)宇宙來說，由于其距離異常之大，我們看到的天體，實(shí)則是經(jīng)過光的漫長傳播后所展現(xiàn)出來的它們過去的樣子。

研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過細(xì)致分析詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)送的數(shù)據(jù)信息后，發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)異常紅且異常明亮的星系。經(jīng)過科學(xué)家分析，這兩個(gè)星系分別存在于“宇宙大爆炸”之后的3.5億年和4.5億年左右。前者甚至被認(rèn)為是人類目前已知的最為古老且遙遠(yuǎn)的星系，并打破了在2016年由哈勃太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)的GN-z11星系所保持的最古老紀(jì)錄（存在于“宇宙大爆炸”之后約4億年）。這兩個(gè)星系不僅尤為古老，且甚為龐大。根據(jù)測算結(jié)果，這兩個(gè)星系相較于銀河系而言，堪稱巨無霸——其質(zhì)量達(dá)到了銀河系的數(shù)百倍，且擁有千億計(jì)的如同太陽一般大小的恒星。

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡除具有“宇宙時(shí)光機(jī)”的效用外，甚至還有著作為探尋地外行星生命跡象的“生命探測器”潛質(zhì)。氧元素是一種重要的生命跡象信號，氧氣的存在是證實(shí)地外行星是否存在生命可能的關(guān)鍵。以地球?yàn)槔?，其大氣層中的氧含量達(dá)到了21%左右。詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡可通過對太陽系外類地行星上的大氣層的觀測，來篩選是否存在與地球大氣層相近的天體，從而探索太陽系外的生命跡象。

編輯：黃靈? yeshzhwu@foxmail.com