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詹姆斯·韦伯太空望远镜模拟图（资料图片） |
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遮阳板在升空前可以折叠起来（资料图片） |
□建平
美国航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦伯太空望远镜早在著名的哈勃太空望远镜升空后几年就开始研发了，20年过去，它的升空计划因各种原因一再被推迟。最近NASA宣布，最新计划升空日期是今年的12月24日，它将从法属圭亚那的欧洲发射场发射升空。
这一“升空”无疑将举世瞩目。
比哈勃望远镜更大却更轻
这台万众瞩目的望远镜，被称为“人类史上最强大的望远镜”。它是以NASA的第二任局长詹姆斯·韦伯命名的，以下简称JWST。
科学家们说，与哈勃望远镜相比，JWST的综合观测能力可能要强上100倍。而它的造价也是惊人的，已耗费至少100亿美元。
首先，哈勃望远镜的口径大约是2.4米，而JWST的口径达到了6.5米。不过，其核心是一块21.5英尺（约6.5米）宽的凹形结构，由18个六边形小镜面拼接组成。
这些镜面之间的精密又柔软的连接部分，据说就像精致的弹簧一样，可承受从室温到零下190℃的温度变化引起的热胀冷缩。而可以随时移动和调整这些小镜面的作动器，则是JWST诸多高端发明中的最精彩部分之一，18块小镜面共设置有6台由精密马达和齿轮构成的精细作动器。它们可以将18块小镜面按需要进行精确排布，将整块镜面对准宇宙中的某一物体进行聚焦成像。它们甚至能够通过纳米尺度的微小位移，使镜面具备最佳的光学聚焦。
其次，这些镜面都由涂有黄金的铍制成，经过优化，可以反射来自宇宙深处的红外线光波。波段较长的红外线更容易穿透尘埃，因此与主要在紫外线和可见光中进行观测的哈勃望远镜不同，JWST可以将笼罩在云层中的宇宙看得更清晰。
它配置的科学仪器包括有近红外相机（NIRCam）、近红外光谱仪（NIRSpec）、中红外仪器（MIRI）、近红外成像和无缝摄谱仪（NIRISS）。所携带的超灵敏红外相机分辨率足够高，想必能给我们带回更多清晰、精彩的照片。
韦伯太空望远镜主镜面6.5米，由18面金黄六边形镜片组成。它还能在接近绝对零度（相当于零下273.15℃）的环境中运行。
由于人类火箭发射能力的有限，要将如此巨大的望远镜送上太空也是件极具挑战的事。为了JWST的升空，科学家们也是煞费苦心，整个望远镜虽然体积比哈勃望远镜大了许多，但因为选择用金属铍来打造，极大地降低了整体质量，因此，JWST的重量只有差不多6.2吨，远轻于11吨重的哈勃望远镜。铍不仅轻，还是电和热的良性导体，没有磁性，本身也非常坚固，还能够在各种温度下完好地保持形状，这对于JWST来说，都是非常重要的优势。
一旦发射，将无法维修保养
作为NASA史上最复杂的项目之一，JWST与哈勃望远镜还有一个最大的不同，那就是它一旦发射到指定轨道，可能暂时都将无法派宇航员前往维修保养。这也是它一再被延迟发射的原因之一，由于风险太大，研发工作要求在每一个细节上都必须做到万无一失。
JWST的工作地点在距离地球150万公里外的第二拉格朗日点，并将绕太阳运行。它将成为首台采用主动控制拼接主镜的天基天文台，并为人类揭开早期宇宙的黑暗屏障，观察到神秘系外行星的真面目。
当它在太空全部展开并冷却到运行温度后，地面站的工程师们将向所有作动器发送指令，调整好所有的镜面，这一过程可能要耗时两个月。随后，一旦“韦伯”开始全面运行并进行科学观测，每10天到14天就要进行一次镜面调校工作。在这个过程中，它在朝向太阳的一侧，温度可能会高达110℃；而背向太阳的一面，则要达到不足-200℃的极低温环境。因为JWST上的那些作动器必须在只比绝对零度高几十度的极端“制冷”温度下运行，为了保证它能顺利完成天文观测任务，科研人员还为它配备了一个5层的可展开遮阳罩，全部打开后有一个网球场那么大，它可以帮助JWST屏蔽掉大部分太阳光。
但无论是调校镜面，还是打开遮阳罩，这些运作过程都只能是远程操作，一旦出现问题，没有航天器或宇航员能到达那么远的距离去进行人工干预。所以，科研人员一边在追求完美的研发制作，一边也暗自祈祷一切顺利，如果真的在发射或工作过程中出现任何意外，这台造价不菲的巨大望远镜就只能“打水漂”了，那对NASA来说将是灾难性的结局。
所有人都对JWST寄予厚望。科学家们认为，它成功就位后，能接收到早期星系发射的红外光，将帮助人类回溯恒星、类星体和星系诞生的早期状况，有助于研究宇宙历史的每一个阶段，帮助我们了解宇宙的起源和我们在其中的位置，甚至能回答有关宇宙的更多基本问题。
JWST目前的设计寿命只有5年，但大家相信它至少将持续运行10年的时间。哈勃望远镜原本也只预计15年寿命，但目前已经运行31年了。JWST原本就是打算去接班哈勃望远镜的。
美国洛杉矶卡弗里基金会的宇宙学家迈克尔·特纳说：“天文学和天体物理学的下一个十年是以詹姆斯·韦伯太空望远镜的成功为基础的。”这应该也是我们关注JWST的主要原因之一。
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