史上最强空间望远镜 能看到什么?
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史上最强空间望远镜 能看到什么?

2021年12月28日 09:08:44
来源:国家地理中文网

两天前,亚马孙雨林东北部,在位于法属圭亚那滨海城市库鲁的太空中心,史上最强空间望远镜——詹姆斯·韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope,JWST,以下简称韦布望远镜)将在这里开启数百万公里旅程,它金色的蜂窝状“眼睛”将在深空中回望时间、遥望行星、恒星与星系最初的起源。

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12月25日,阿丽亚娜5号火箭搭载詹姆斯·韦布空间望远镜,从圭亚那太空中心成功发射。

供图:ESA/CNES/ARIANESPACE

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在美国加州戈达德太空飞行中心(Goddard Space Flight Center),光学工程师正在检查韦布望远镜的镜片。

摄影:CHRIS GUNN, NASA

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图中6个金闪闪的六边形,是韦布望远镜主镜的一部分;主镜共有18个六边形,由铍制成,表面涂有24k黄金,有助于反射红外线。

摄影:NASA/MSFC/DAVID HIGGINBOTHAM

这架望远镜的名字来源于NASA第二任局长詹姆斯·韦布(James Webb);而它在民间真正的名字是“詹姆斯·鸽王之王·韦布空间望远镜”,过程太波折、跳票太多次,它把殷切盼望的人们“鸽”了10多次、前后14年——从2007年延期至2021年。

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发射前,韦布望远镜的每一部分都在戈达德太空飞行中心一个巨大的低温室中测试。

摄影:CHRIS GUNN, NASA

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摄于2020年7月,无尘室中的韦布望远镜主镜。

摄影:CHRIS GUNN, NASA

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韦布望远镜发射前折叠安置在无尘室中

摄影:Chris Gunn, NASA

韦布望远镜早在1989年就已进入人们的构想当中,并计划于2007年发射;数年来经历规划调整、技术攻关、国会指责、预算暴涨、疫情停工、技术失误、发射场天气差等种种困阻,终于在北京时间的12月25日20:20、圭亚那太空中心顺利点火升空,它由阿丽亚娜5号火箭运载。

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哈勃与韦布主镜对比示意图

图源:NASA

韦布望远镜金光闪闪,价值高达100亿美元(2007年时预算仅为5亿);主镜直径6.4米(哈勃仅2米,直径越大,望远镜分辨率越高),由18片巨大六边形子镜构成,配有5层可展开的遮阳板;体积太大,必须折叠起来,才能装进世界最大火箭之一:阿丽亚娜5型运载火箭。

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韦布望远镜折叠放入阿丽亚娜5号火箭示意图

插图:ARIANESPACE/ESA/NASA

韦布将成为哈勃的“继任者”。

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韦布与哈勃对比示意图

图源:NASA

韦布望远镜将寻找“宇宙的第一缕星光”。它将凝视着地狱般的熔岩星球;观察那些在恒星死亡(超新星爆炸)后幸存下来、如今仍绕着恒星残骸公转的星球;凝望气态巨行星的大气层,在幼年恒星周围的尘埃盘中搜寻新生的星球,窥探像地球一样的小型岩质行星。在我们银河系数千颗系外行星当中,只有少数与我们太阳系中的行星类似,其余的,无可否认,都很陌生。

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韦布望远镜初期用凌日法(系外行星侦测法之一)观测,其目标包括绕着恒星残骸公转的巨行星WD 1856b,以及HD 80606b;此外,韦布望远镜的早期观测目标中,将有许多是“热木星”,它们在太阳系中不存在;热木星距离其围绕着公转的恒星很近,可能比太阳系中最大的木星还大,公转周期仅为几小时或几天——韦布望远镜将观测3颗热木星:WASP-39b、WASP-18b和NGTS-10b。

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一块巨大的遮阳板,可以保护韦伯望远镜免受太阳、地球、月球影响,并保持凉爽。

摄影:NORTHROP GRUMMAN AEROSPACE SYSTEMS

韦布望远镜的其他观测目标,包括“超级类地行星(super-Earth)”或“迷你海王星(mini-Neptune)”,这类行星比地球大,比海王星小;例如Gliese 486b、GJ 1132b和K2-18b;还会观测依偎在恒星附近、炽热的岩质行星,它们看起来像烤焦的木炭块,比如与地球大小相仿的LHS 3844b;此外它还会瞄准TRAPPIST-1星系中所有7颗、大小与地球相仿的岩质行星。(※TRAPPIST-1是距地球39.13光年的红矮星,该恒星周围类地行星中或许孕育着生命)

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一颗系外行星从类似太阳的恒星前面经过(艺术渲染作品)。韦布望远镜将以前所未有的细节去研究系外行星的结构和大气层成分,搜寻宜居星球的要素。

供图:DANA BERRY, NATIONAL GEOGRAPHIC

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“黄金之眼”

插图:ADRIANA MANRIQUE GUTIERREZ, NASA GSFC/CIL

哈勃主要在可见光和紫外波段观测,

韦布空间望远镜主要在红外波段观测。

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韦布望远镜所搭载的近红外成像仪器

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行星北落师门b(方框中)正在一个巨大的尘埃碎屑环中,绕着其母星北落师门(中心)运转。这张图像由哈勃空间望远镜以可见光拍摄。北落师门星系距离地球约25光年,韦布望远镜将以红外线波段对其进行分析。

伪色图像:PAUL KALAS, UNIVERSITY OF CALIFORNIA, BERKELEY, NASA/ESA

人类肉眼能看见的光,只是电磁波频谱中狭窄的一段,也是哈勃最主要的观测波段;红外线是超出肉眼可见范围、比红光“更红”的光,哈勃也只能看见一点点;宇宙不断膨胀,其中的光波随之被拉长,被称为“宇宙学红移”,而越远的天体,看起来就“越红”。韦布专为哈勃的“盲区”——红外线领域而设计。如果一切顺利,韦布的视界能力将远超哈勃,一个更宏大的宇宙将在我们眼前展开。

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2016年,哈勃望远镜在小熊座发现了GN-z11,利用光谱手段测量获知它的红移达到11.09,意味着它是可观测宇宙中人类已知最遥远天体,是宇宙诞生仅4亿年时的一个星系——而观测GN-z11,也恰好是哈勃望远镜的极限。

供图:NASA/ESA/P.Oesch