被譽為哈勃太空望遠鏡“繼任者”的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡于美國東部時間12月25日7時20分(中原標準時間20時20分)從法屬蓋亞那庫魯航天中心發射升空,肩負起觀測宇宙形成後最初出現的星系、搜尋地外生命迹象等重任。該望遠鏡由數千名科學家、工程師研發耗時25年,此前由于技術和天氣方面原因多次推遲發射。

韋伯太空望遠鏡發射現場
韋伯太空望遠鏡發射控制中心
最具挑戰性:以折疊狀态發射升空
韋伯望遠鏡是有史以來性能最強大、造價最高的太空望遠鏡。它耗資約100億美元,重6.2噸,主鏡直徑6.5米,由18片巨大六邊形子鏡構成;遮陽闆展開後,面積相當于一個網球場的大小。
韋伯望遠鏡的觀測位置距地球約150萬公裡,大約是地球和月亮之間距離的4倍,到達那裡需耗時1個月。它将與地球同步環繞太陽運作,始終停留在地球夜面。
韋伯望遠鏡示意圖
由于體型巨大,韋伯望遠鏡以折疊狀态發射升空。對研究人員而言,以遙控方式将進入太空的韋伯望遠鏡展開,使其每個部件完美就位,将是此次發射任務“最具挑戰性的環節”。
韋伯望遠鏡到達觀測位置後,研究人員需再花費5個月對它開展各項檢查,預計望遠鏡2022年6月底前可正式“上崗”。
終于踏上征途:因資金、技術數度推遲
韋伯望遠鏡由300多個部件構成。美國國家航空航天局(NASA)局長比爾·納爾遜曾表示:“任何一個出現故障,(發射日)都會變成糟糕的一天。”
韋伯太空望遠鏡于1996年開始研發,2016年11月宣告建成,當時準備在2018年10月發射。不過,由于預算資金、望遠鏡本身缺陷等原因,發射日期幾經推遲。
如今,韋伯太空望遠鏡終于踏上征途。
韋伯完美升空後,發射控制中心爆發出歡呼聲和掌聲
令人驚歎:将徹底改變觀察宇宙視角
作為紅外線觀測用的韋伯太空望遠鏡,是大規模國際合作的成果。它由美國航天局、歐洲航天局和加拿大航天局聯合研發,是哈勃太空望遠鏡的“繼任者”。
雖然韋伯望遠鏡重量僅為哈勃望遠鏡(11噸)的一半多,但主鏡面集光區域比哈勃大6倍,而且能在近紅外波段工作,在接近絕對零度(相當于零下273.2攝氏度)的環境中運作。
NASA技術人員用起重機吊起韋伯望遠鏡主鏡
美國康奈爾大學專家妮科爾·劉易斯表示,韋伯望遠鏡能觀測到哈勃望遠鏡觀測不到的目标,提供“令人驚歎的全新觀測宇宙視角”。
韋伯望遠鏡擔負的主要任務是調查作為“大爆炸”理論的殘餘紅外線證據(宇宙微波背景輻射),即觀測今天可見宇宙的初期狀态。它能接收早期星系發射的紅外光,觀察135億年前宇宙大爆炸幾億年後形成的第一批恒星和星系。
不過,與31歲“高齡”的哈勃望遠鏡不同,韋伯望遠鏡的觀測位置太遙遠,該位置被稱為日地拉格朗日L2點。一旦發生故障,任何宇航員都無法前去維修。
距離地球150萬公裡的拉格朗日L2點
哈勃望遠鏡的一個鏡面缺陷在1990年升空後才暴露,導緻傳回圖像模糊,後經宇航員修理才解決問題。哈勃距離地球約575公裡。
韋伯(左)與哈勃比較
聚焦
韋伯太空望遠鏡:
邁向“其他地球”的巨大飛躍?
人類目前所能探測的宇宙空間中,隻有一個地球是孕育有生命的星球。但在太陽系之外,其他恒星會給行星帶來溫暖和光明,可能還孕育着我們不知道的生命。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡很快将能更好地觀察這些系外行星。
韋伯的主要任務之一是尋找能夠維持太陽系外生命的條件,而科學家們近年來才能在太陽系外尋找生命。第一顆被觀測到的系外行星飛馬座51b于1995年被發現,從那時起已經發現了近5000顆其他行星。
其中一些離太陽有一段宜居距離,被稱為“适居帶”(Goldilocks zone)。所謂“适居帶”,指位于該區域的行星氣候不會太冷也不會太熱,有形成海洋、湖泊和河流的液态水。
但是,人們對這些行星或它們的組成知之甚少。它們距離太遠,無法直接觀測到,而我們所知的、更容易維持生命的行星往往更小,更難觀察。
天體實體學家希望韋伯望遠鏡能幫助填補這些空白。它配備了一項名為中紅外儀器(MIRI)的新技術,将使用相機和光譜儀來觀察電磁光譜中紅外區域的光,這是人眼看不見的。
“這将徹底改變我們看待行星大氣層的方式。我們要去看看它們的内部結構!”參與MIRI研究的法國航天局專家皮埃爾-奧利弗·拉吉奇說。
MIRI将能夠在行星大氣中的各種物質經過恒星前面時讀取光線的紅外特征。通過這種方式,科學家應該能夠分辨出它們是否含有水蒸氣、一氧化碳和甲烷等分子。這三種物質存在于地球大氣層中,可能預示着行星表面的生物活動。
“想想20年前我們幾乎不知道任何系外行星,現在我們即将發現它們的大氣層是由什麼組成的——這個進步是巨大的。”歐洲航天局專家皮埃爾·費魯特說。
雷内·多伊恩(Rene Doyon)是加拿大蒙特利爾系外行星研究所所長,也是研發韋伯近紅外成像儀和無縫隙光譜儀的主要科學家。“目前我們正在尋找有利于生命的條件,比如液态水的存在。”多伊恩說,他預計新的系外行星類别可能會被發現,同時也會有很多令人驚喜的發現。
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發射地為何選擇法屬蓋亞那?
法屬蓋亞那位于南美洲北部大西洋海岸,是法國領土的一部分,熱帶雨林氣候,面積8.35萬平方公裡,人口29萬,歐洲航天發射中心位于此地,是以聞名于世。
1964年,法國在蓋亞那庫魯地區建成火箭發射中心,歐洲航天局在此從事阿麗亞娜火箭的發射業務。歐洲航天局是一個歐洲數國政府間的空間探測和開發組織,總部設在法國首都巴黎,負責阿利亞娜4号和阿利亞娜5号運載火箭的研制與開發。
歐洲航天發射中心占地約9萬平方公裡,由法國國家空間研究中心上司,主要負責科學衛星、應用衛星和探空火箭的發射以及與此有關的一些運載火箭的試驗和發射。
蓋亞那靠近赤道,對火箭發射具有很大益處:由于此地靠近赤道,緯度低,從發射點到入軌點的航程大大縮短,三子級不必二次啟動;相同發射方位角的軌道傾角小,遠地點變軌所需要的能量小,增加了同步軌道的有效載荷;向北和向東的海面上有一個很寬的發射弧度,空中及海上交通都很友善;此地人口稀少,在9萬平方公裡的土地上隻有5萬居民。另外,庫魯地區雖然靠近赤道,但氣候比較溫和,年平均氣溫27℃,年平均降雨量3000~4000毫米,全年分旱季、雨季,風力不大,處于飓風區之外。
南都記者 史明磊