成功拍摄遥远宇宙红外图像，韦伯望远镜做到了！本文转自：科普中国2021年12月

本文转自：科普中国
2021年12月25日，詹姆斯·韦伯太空望远镜搭乘欧空局阿里安5-ECA火箭成功升空，开始了它前往150万千米外“日-地拉格朗日2点”的旅途。
2022年7月11日，在“离家”半年后，韦伯望远镜为人类寄回了第一张“明信片”——迄今为止最深、最清晰的遥远宇宙红外图像。

文章图片

文章图片

詹姆斯·韦伯空间望远镜拍摄到的首张深场宇宙红外全彩图像。
（图源：NASA官网）
这是韦伯望远镜的第一张全彩色图像，由韦伯的近红外相机(NIRCam)拍摄的深场由不同波长的图像合成，总共需要12.5小时，达到了哈勃太空望远镜最深场之外的红外波长深度。
那么，为何韦伯望远镜能够达到如此高水准的观测能力呢？一起来一探究竟吧。
韦伯望远镜上的黑科技
詹姆斯·韦伯的观测波段主要集中于波长为0.6-28.3微米的橙色光到红外线频段，它的更大口径和一系列新技术带来了远超前任哈勃、施皮茨、赫歇尔等知名太空望远镜的观测能力。

文章图片

文章图片

詹姆斯·韦伯看起来犹如一艘太空战舰
（图片来源：NASA）
例如，它能够看到更暗更古老的天体，甚至可以追踪到宇宙中第一批星系形成的痕迹，投入工作后将会极大提升人类红外天文学的相关研究。
为了获得更好的观测能力，詹姆斯·韦伯在各项方面都进行了升级、更新，大大提高了各方面的性能。
1、更大口径的镜片
光学和红外望远镜的核心是镜片，其口径与观测能力成正比，但也需要更高成本。相比此前最大的哈勃望远镜，詹姆斯·韦伯的镜片口径从2.4米提升到了6.5米，集光面积也从4.5平方米攀升到了25.4平方米。

文章图片

文章图片

人类、哈勃望远镜主镜和詹姆斯·韦伯主镜的大小对比
（图片来源：NASA）
镜片太大，几乎很难整体制造，不仅失败风险大、材料成本极高，也势必带来整体质量和体积的攀升，甚至远超人类现有火箭的发射能力。因此，詹姆斯·韦伯的镜面设计选择了拼接方案，由18面一模一样的六边形组成，发射时折叠起来，进入太空后再拼接到一起。
【成功拍摄遥远宇宙红外图像，韦伯望远镜做到了！】2、堪称“鬼斧神工”的镜面材料
詹姆斯·韦伯在制造、发射和工作时要面临截然不同的温度环境。特别是它的核心器件工作温度已非常接近绝对零度，对镜面材料的要求极高，因此需要同时具备抗弯刚度高、热稳定性好、热导率高、反射率高、密度低、温度形变小、性质不活泼等特点。
而在精度要求上，最后镜片成型的制造加工精度要达到10纳米级别，这个要求所允许的误差相当于一张A4纸厚度的万分之一！而且在进入太空后，整体拼接和镜片姿态控制的精度也要达到同等水平。
综合上述要求，詹姆斯·韦伯的镜片主要材料选择了碱土金属铍， 10纳米几乎就是几十个铍原子并排摆在一起的宽度，这是接近“鬼斧神工”级别的制造加工工艺要求。
3、一把屏蔽热量的“太阳伞”
远离地球，不代表能彻底摆脱地球的干扰，詹姆斯·韦伯还要面对太阳光和地球反射光/热辐射的干扰。为此，它需要背上一个大大的“太阳伞”来屏蔽热量，并使用主动冷却系统维持核心部件接近绝对零度的工作环境。