計劃于2007年發射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，“不出意外”地又延遲發射了。從1996年開始研發至今，人們一直期待這個被譽為“體型最大、能力最強、結構最複雜”的紅外線望遠鏡早日升空，發揮作用。
當地時間11月2日，美國國家航空航天局（NASA）舉行新聞釋出會稱，準備時間長達20餘年、耗資100億美元的韋伯太空望遠鏡将替代哈勃太空望遠鏡，計劃于12月18日進入太空。
因“一個固定帶意外脫落引起的震動可能對望遠鏡造成影響”，此次發射程序中斷，發射日期改為“不早于12月22日”。當地時間12月14日，NASA又釋出聲明，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡團隊正在解決望遠鏡與運載火箭系統之間的通信問題，這導緻發射再次推遲2天，将不早于12月24日發射。
技術人員使用起重機舉起韋伯太空望遠鏡，将其移動到美國宇航局戈達德太空飛行中心的潔淨室。圖源：美國國家航空航天局官網
1996年開始研發，韋伯太空望遠鏡至今還未升空
1996年，在項目初期，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡計劃于2007年發射升空，預算為5億美元。當時，著名的哈勃太空望遠鏡已經在太空上待了6年。
作為下一代太空望遠鏡，韋伯太空望遠鏡吸收了哈勃望遠鏡和已經退役的斯皮策太空望遠鏡的優點。據悉，該望遠鏡配備了一個直徑6.5米的反射鏡和一個網球場大小的遮陽闆，是有史以來最強大、最複雜的太空望遠鏡。該望遠鏡将在距地球160萬公裡的軌道上運作，望遠鏡離地球的距離是地球離國際空間站距離的4500倍，同時也比地月距離遠4倍。
“設計方案的變動或許是延遲發射的最主要原因。” 北京大學地球與空間科學學院教授焦維新告訴記者。
在2005年，韋伯太空望遠鏡的設計方案作了較大調整 ，發射時間被迫延後。從業人員在環境測試、遮陽闆測試、鏡面測試等方面展開了大量研究，随着技術提升以及新問題不斷湧現，發射一再延期。據NASA此前消息，他們曾先後計劃在2014年、2018年、2019年、2020年等年份中不同的時間節點發射韋伯太空望遠鏡。
技術人員檢查鏡面。圖源：美國國家航空航天局官網
而目前來看，工序複雜、研發難度大也是症結所在。
據NASA官方介紹，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡将是一個大型紅外望遠鏡，它有一塊由18 面小鏡片組合而成的鏡盤，這些鏡片由超輕質的金屬元素铍制成，鏡片将在望遠鏡發射後，根據需求進行形狀調整。
公開材料顯示，韋伯太空望遠鏡的18個反射鏡必須在美國的11個地方停靠14 站才能完成制造，并且鏡面需要保持低溫狀态。鏡面制作完後，還要進行抛光、鍍金等工序，制作完的鏡片需儲存在潔淨室的特殊保護罐中。
根據最近兩次NASA釋出的消息，韋伯太空望遠鏡原計劃于12月18日搭乘法國企業阿麗亞娜航天公司（Arianespace）阿麗亞娜5号火箭從法屬蓋亞那庫魯發射。此時，技術人員要将韋伯望遠鏡連接配接到火箭擴充卡上，然後安裝在火箭的上面級。但在發射準備期間，将望遠鏡固定在擴充卡上的夾帶“突然意外松開”，造成整個裝置振動。此後，發射又因望遠鏡與運載火箭系統之間的通信問題再度推遲。
韋伯太空望遠鏡被放在阿麗亞娜5号的頂部。圖源：歐洲航天局官網
韋伯太空望遠鏡是哈勃太空望遠鏡的“繼承者”
韋伯太空望遠鏡的主要目标是研究可觀測宇宙邊緣的遙遠星系，由于具備傑出的紅外觀測功能，該望遠鏡能夠尋找系外行星水蒸氣特征，進而提高NASA尋找和研究類地系外行星的能力。
“韋伯經常被稱為哈勃的替代者，但我們更願意稱為‘繼承者’。”焦維新說，兩者的差别首先展現在波長上。
韋伯太空望遠鏡主要通過紅外線進行觀測，擁有四個科學儀器來捕捉天文物體的圖像和光譜。這些儀器提供波長覆寫範圍在0.6-28微米之間，電磁波譜的紅外部分範圍從大約0.7微米到幾百微米，這也意味着韋伯太空望遠鏡配備的儀器，将主要工作在電磁光譜的紅外範圍内，在可見光範圍内具有一定的能力。而哈勃望遠鏡配備的儀器隻可觀察從0.8-2.5微米範圍的紅外光譜的一小部分，主要監測的是從0.1-0.8微米範圍間的超紫外和可見光部分。
其次，兩者在大小上也有差别。韋伯望遠鏡的主反射鏡直徑大約是6.5米，這使它比目前一代太空望遠鏡，在反射鏡上有更大的收集區域。哈勃望遠鏡的直徑隻有2.4米，其相應的收集面積是4.5平方米，導緻韋伯望遠鏡的收集面積比哈勃望遠鏡增加了6.25倍，并且韋伯望遠鏡的視場比哈勃望遠鏡的大，覆寫面積超過15倍以上。
兩個太空望遠鏡所在的軌道也不一樣。據介紹，哈勃太空望遠鏡是在低地球軌道上，在地球上空大約570公裡的高度繞地球運作。韋伯太空望遠鏡不會繞地球運作，而是位于第二拉格朗日點，如果把太陽和它連成一條直線的話，那麼地球就位于中間，它一直躲在距離地球外側150萬公裡的地方環繞太陽運作。
韋伯太空望遠鏡能看到多遠？焦維新認為，韋伯太空望遠鏡可以看到“幼年星系”。
“韋伯太空望遠鏡可以看到宇宙剛剛形成11年左右的星系。當宇宙在膨脹，我們談論最遙遠的物體時，愛因斯坦的廣義相對論實際上就發揮了作用，他告訴我們宇宙的膨脹意味着物體之間的空間在拉伸，導緻物體或者星系彼此遠離。此外，在空間中的任何光也會被拉伸，使波長變得更長，這讓遙遠的物體在可見光波長的光下，顯得非常暗淡或者看不見，因為這些光是以紅外光的形式出現的。是以像韋伯這樣的紅外望遠鏡是觀測這些早期星系的理想望遠鏡。”焦維新說。
■延展
為何要将望遠鏡送上天？
韋伯太空望遠鏡準備20餘年、耗資100億美元，為什麼一定要往天上發射望遠鏡？
焦維新介紹，最主要的原因就是太空望遠鏡不受大氣視窗的限制。“地球有豐富的大氣層，可以完全阻止伽馬射線、X射線和紫外波段的電磁波通過。也就是說，在大氣層的籠罩下，短波電磁輻射是無法通過的。紅外線也隻能在有限的幾個波段通過，雖然它能夠通過可見光，但是由于散射等因素，也會引起信号的畸變，影響分辨率，這嚴重影響了地面上望遠鏡的觀測效果，而太空望遠鏡就可以避免這種影響。”
其次，太空中沒有光污染，也給望遠鏡發揮作用提供了條件。“例如城市燈光使天空更亮，人們更難看到星星，這也解釋了為什麼先進的現代天文台都建在遠離光污染的偏遠地區。以我國為例，國家天文台、南京紫金山天文台、新疆天文台等也都是避開人為光線和大氣污染嚴重的地方駐站，而國外的大型天文台也幾乎都建在高山上。”
太空中沒有大氣層，陽光更明亮，那不會影響太空望遠鏡的使用嗎？焦維新解釋，“因為光線需要反射到被捕獲的物體上，光線太強時，我們可以通過指令操作，把望遠鏡指向另一個方向，是以在太空中，光污染不是問題。假如我們想研究太陽後面的内容，也可以等上一段時間，讓望遠鏡的軌迹發生角度變化，再進行觀測。”
第三，太空中沒有白天和黑夜，太空望遠鏡就不受夜間的限制，使望遠鏡的有效時間增加，有助于天文學家開展更多研究。
此外，在太空中沒有壞天氣。一般來說，地面上的天氣變化直接影響到觀測效果，但在太空中不會存在雨天、霧天這些天氣問題。
把望遠鏡送入太空有諸多好處，但也有一些明顯的問題。焦維新表示，首先是成本高，幾噸的重物運向外太空，運載火箭費用、發射場地等其他費用都很昂貴。同時，地面上發現的問題能随時去修，但在太空整修的難度很大。
新京報記者 張建林
編輯 白爽 校對 王心