天体闪耀时 韦布望远镜的前世今生
航天面面观
2026年01月29日 15:13
NASA公布韦布望远镜拍摄的“创生之柱”

最近,美国宇航局(NASA)正在为阿尔忒弥斯二号载人绕月任务做准备,该任务将送四名宇航员进行绕月之旅。

在任务期间,数据的发送传输要依赖深空网,阿尔忒弥斯二号任务将与其他任务共享深空网络(DSN),包括前几年发射的詹姆斯·韦布空间望远镜。DSN是一种有限的资源,当不同的任务争夺这一资源时,载人航天是重中之重。

在2026年2月至4月期间,阿尔忒弥斯二号有多个发射机会。如果阿尔忒弥斯二号在2月份发射,对韦布空间望远镜使用的影响将可以忽略不计。3月的发射将产生适度但可控的影响。如果发射推迟到4月,韦布空间望远镜可能会在大约一周内执行更少的科学观测,具体取决于确切的发射日期。

詹姆斯·韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope,简称JWST)是美国宇航局(NASA)与欧洲航天局(ESA)和加拿大航天局(CSA)联合研制的空间望远镜。

2021年圣诞节那天,阿丽亚娜5型运载火箭搭载詹姆斯·韦布空间望远镜在南美洲法属圭亚那的欧洲航天发射中心发射升空。

2022年1月24日顺利进入围绕日地系统第二拉格朗日点的运行轨道。

为啥叫“韦布”?“韦伯”or“韦布”?

韦布空间望远镜这名称是啥意思?怎么来的呢?

一开始它不叫这名,上世纪90年代,在哈勃望远镜发射前科学家们已经在构想下一代空间望远镜了,所以一开始取得名字很直白,就叫“下一代空间望远镜”(Next Generation Space Telescope, NGST)。

2002年,为纪念NASA第二任局长詹姆斯·埃德温·韦布(James Edwin Webb,1906年10月7日—1992年3月27日)所做的贡献,这个望远镜改名了,詹姆斯·韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope,简称JWST)。

这位局长在上世纪60年代主导了阿波罗登月计划的执行和NASA的机构建设。

以人名命名航天器,类似的还有哈勃(Hubble)太空望远镜,它以美国天文学家爱德温·哈勃命名。

在2021年,韦布望远镜发射前后,很多航天天文爱好者又开始讨论起这个望远镜的名字来。

很多人说,我怎么记得叫“韦伯”啊,怎么又成“韦布”了?

其实吧,这两种叫法都可以,一般采用天文学名词审定委员会给出的名称。

根据个人习惯来吧,也许输入法里面已经记住了“韦伯”。

这个望远镜还有“外号”,比如“鸽王”和“吞金兽"。

一代歌王“鸽王”

一个太空望远镜怎么有这么个外号?

因为韦布望远镜由于经费还有其他问题多次放鸽子。原计划在2007年发射,发射过程历经波折多次推迟,最终在2021年发射升空。主要原因包括技术挑战、预算问题、新冠疫情以及天气因素。

吞金兽

1996年立项时,望远镜预算成本是5亿元,初期仅估算了研发和核心建造的基础成本,当时计划2007年发射。后续随着技术难题暴露、发射节点推迟,预算持续追加。

2005年:因主镜折叠技术、红外探测器研发遇阻,预算升至14亿美元,发射时间推迟至2011年;

2010年:工程瓶颈集中爆发(遮阳帆结构、低温制冷系统测试失败),预算飙升至50亿美元以上,美国国会一度提议终止项目,经NASA反复论证并承诺严控成本后,项目保留,核定研发建造发射的固定预算88亿美元,发射推至2018年;

2018-2021年:先后因镜体校准误差、遮阳帆折叠机构故障、新冠疫情导致的组装测试中断,发射时间再推至2020年、2021年;

最终落地:2021年12月25日由欧空局阿丽亚娜5号火箭发射,NASA公布的全生命周期总成本(含研发、建造、发射、前5年在轨运营)定格在约100亿美元,是最初预算的20倍,立项到发射耗时25年。

100亿美元的望远镜,世界上目前最贵的空间望远镜。发射多次推迟。有“鸽王”和“吞金兽"这样的外号也不奇怪了。

尽管这样,这个项目最终还是实现了,为什么呢?

美国最看重的还是韦布空间望远镜的顶级科学价值。

从哈勃到韦布

1990年发射的哈勃望远镜至今仍在运行,对咱们中国这些90后来说,咱们从小到大无论是在课本上还是在电视上报纸杂志上看到的很多好看的星空图大都来自哈勃望远镜。

1990年由航天飞机发射上天,望远镜出问题了还能派人去修。

直到现在我都觉得这场景很科幻。

哈勃的主镜口径是2.4米,哈勃以可见光和紫外波段为主,覆盖少量近红外波段观测。

韦布的主镜口径有6.5米。主打近红外和中红外波段的观测,几乎放弃可见光、完全覆盖哈勃未触及的中红外波段。

韦布空间望远镜的主反射镜由18块子镜拼接而成,直径达到6.5米,集光面积是哈勃的5倍以上。子镜由金属铍(pī)制成,采用蜂巢结构以减轻重量,表面镀金。

为了保护韦布望远镜不受外部光源和热源(如太阳、地球和月球)以及韦布自身发出的热量的影响,韦布有5层网球场大小的遮光罩,没有这一装置,韦布的超低温探测、高精度光学观测都将完全无法实现。

为了适应阿丽亚娜5号火箭的发射载荷包络,遮阳板在发射时必须处于折叠状态。到了太空中又慢慢展开。

离家150万千米

不同于哈勃望远镜在地球550公里左右的轨道上运行,韦布空间望远镜运行在离地球150万千米的拉格朗日L2点处。

只需要很少的推进剂就能在工作轨道上运行。

和哈勃望远镜相比,韦布望远镜离家太远,哈勃的近地优势在哪?NASA先后5次通过发射航天飞机让宇航员在轨维修让哈勃的观测能力提升了上百倍,设计寿命仅15年,最终实际运行超过了30年,完全依赖近地轨道的可维修性。韦布望远镜的工作地点离家实在太远,没有维修的可能性,所以只能保证自己绝对可靠。

和哈勃望远镜相比,韦布望远镜成了什么?有人说成了“一锤子买卖”。

虽无在轨维修可能,但目前韦布在轨运行稳定,因发射和展开过程零失误,预计实际寿命可达20年以上,超过设计的10年运行时间。

韦布看到了什么

2022年7月12日,美国国家航空航天局(NASA)正式公布了詹姆斯·韦布空间望远镜拍摄一批全彩色照片。它们是詹姆斯·韦布空间望远镜升空半年多来所发布的首批照片。

船底座星云,NGC 3324 超喜欢这张!

这张照片是由美国宇航局詹姆斯韦伯太空望远镜上的近红外相机(NIRCam)在红外光下拍摄的,它揭示了以前被遮蔽的星星诞生区域。

这张并排比较显示了美国宇航局韦布望远镜在近红外光(左)和中红外光(右)下对南环星云的观测。

左侧‌:经典哈勃望远镜可见光图像,以蓝绿色调为主,柱体呈暗褐色,表面有明亮星点(新生恒星)。

‌右侧‌:詹姆斯·韦布望远镜红外图像,穿透尘埃揭示内部结构,柱体呈橙黄色,背景恒星更清晰,细节更丰富。

大镜子就是好!这100亿美元花得值!

想了解更多关于韦布空间望远镜的知识,请看:

《天体闪耀时:韦布望远镜太空探索全记录》

200幅全彩深空影像,美到窒息的宇宙级大片!韦布望远镜用6.5米的红外巨眼,带来前所未有的高清视角,将恒星、星云、星系一览无遗,每一页都是壁纸级珍藏!

16开精装书籍,值得拥有!

无论是内容还是质量,都很不错。印刷清晰无异味。

我读了之后又有了很多收获,我觉得我们这一代是幸运的,可以见证这么多历史事件,哈勃还会陪伴我们几年的时间,韦布应该也会超期服役,未来几年,我们中国的“巡天”空间望远镜也将发射升空。

星空浩瀚无比,探索永无止境。

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