韦伯太空望远镜:如何看清135亿年前的宇宙“开天辟地”

by BBC中文网

万众期待的詹姆斯·韦伯太空望远镜(The James Webb Space Telescope ,JWST)将在12月18日发射升空,科学界对它可能发现的宇宙奥秘兴奋不已。

这一超级太空天文望远镜是设计用来更深入探索宇宙,将能大大提高人类对大爆炸后宇宙形成最早星系的了解和认知。

最乐观的期待是,韦伯太空望远镜将能探测到135亿年前宇宙最早形成时第一批星系发出的光亮。

美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心(Nasa’s Goddard Space Flight Center)的天体物理学家安珀·尼科尔·斯特劳恩博士(Dr Amber Nicole Straughn)是本次韦伯望远镜工程的副总科学家。她说:“这样一个大规模、异想天开又雄心勃勃的望远镜最令人激动的前景正是这样一种理念:会出现一些我们都从没想过要问的问题。”

“对我来说,这个望远镜最令人兴奋期待的前景,就是人类将了解到的宇宙知识会完全出乎我们的意料。”

那么,韦伯望远镜究竟如何探索太空?我们什么时候能够通过这个超级望远镜看到宇宙之初的最早星系?

像打开折纸

韦伯望远镜将使用的望远镜直径为6.5米,将是有史以来送入太空最大的。事实上,正因为它直径很大,所以在太空中打开需要两周时间,就像把做好的折纸一步步还原。

韦伯太空望远镜是美国、欧洲和加拿大航天部门的合资项目,总耗资100亿美元。 将由欧洲亚利安5号火箭从法属圭亚那发射进入太空。

火箭升空约30分钟后,韦伯太空望远镜将与火箭脱离。它要顺利按照原定计划运行,必须在至少344个关键时刻完成预先设定的动作。

韦伯望远镜要抵达距离地球150万公里的预设观测点,还需在太空中行驶30天。

什么时候投入使用?

据斯特劳恩博士介绍,韦伯望远镜完全投入使用让我们看到它拍摄的第一批图象,将需要六个月的时间。

“我们把望远镜送到太空后,它必须完成复杂的伸展打开程序。然后还需要几个月的时间让望远镜变冷,把镜子调好,然后才能把仪器逐个打开。”

“所以,我们要等到北半球的2022年夏天才能收到第一批图象。”

追随哈勃的脚步

哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope)于1990年4月发射,是一代有开创性的太空望远镜。

过去30年中, 哈勃太空望远镜为我们提供了最重要的宇宙图像,如著名的创生之柱(Pillar of Creations)和被称为哈勃超深空(Hubble Ultra Deep Field)的近万个星系的图像。

这些图像都加深了我们对大爆炸(Big Bang)以来宇宙变化的认识,甚至改变了我们对宇宙的思考方式。

韦伯望远镜的设计是为了超越哈勃看到宇宙的更深处。

尽管哈勃预计还将继续工作十年或二十年,但装备和设计更加精密先进的韦伯被认为是未来担当探索太空重任的继任者。

哈勃与韦伯的主要不同:

  • 哈勃设计目的是收集可见光和紫外光,只有有限的红外光能力。韦伯望远镜收集红外光(IR);
  • 哈勃望远镜直径 2.4 米,韦伯望远镜直径 6.5 米,有更大的集光区,也就意谓着韦伯可以比哈勃看得更深更远更早;
  • 哈勃在非常接近地球的轨道上运行,而韦伯将在150万公里之外。这是地球离月球距离的四倍。

欧洲航天局的安东内拉·诺塔博士(Dr. Antonella Nota) 说:“韦伯的能力是建立在哈勃31年辉煌历史基础之上。”

“哈勃虽然只是一个主镜直径2.4米的相对较小的望远镜,但它已经将可观测宇宙的视点一直纵深到距大爆炸几亿年前。”

“韦伯的敏感度增加了100倍,它的视点纵深度将进一步向前,将能够看到大爆炸后第一批星系的样子。”

韦伯望远镜将看到什么?

根据美国国家航空航天局(NASA)的说法,韦伯更长的波长将能够更接近时间的起点,并寻找未被人类观察到的第一批星系的样子。

韦伯望远镜还将能够观察目前正在形成恒星和行星系统的尘埃云内部。

斯特劳恩博士说,科学家们已经制定了韦伯望远镜第一年的观测计划,“并不局限在天体物理学的范围”。

她说:“观测计划包括我们太阳系中的行星,也包括寻找135亿年前诞生的第一批星系, 就是从起点到现在时间和空间内的所有一切。”

寻找生命

因为韦伯能够穿透并看到行星大气中的分子,还可以帮助我们搜索其他行星上的生命迹象。

斯特劳恩博士说:“当然我们不能保证会找到生命的迹象。但我们可以毫不夸张地说,韦伯望远镜绝对是我们在银河系寻找宜居行星迈出的巨大一步。”

她说:“这台望远镜的意义非常大,尤其是扩大了我们对宇宙的认识,加强了我们与周围其他事物的联系。”

“当我们抬头看星星时,当我们仰望夜空时,能感受到这种彼此联系。我们不是一个微不足道,独自存在的小生命。”

“实际上,我们人类是从数十亿年前一颗星球爆炸剩余的残存物中诞生的。”

“我们与宇宙有千丝万缕的联系。我认为退后一步从更大的角度来看待生命,无论何时何地这都极为重要。”

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