這次沒鴿！詹姆斯•韋伯空間望遠鏡終於發射，史上最貴望遠鏡將帶來哪些新發現？

建造完成的JWST（圖片來源：Chris Gunn）

詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（JWST）終於發射了。一件事如果推遲次數太多，多半會被人遺忘，但JWST卻獲得了“鴿王”的稱號，因為任何熱愛星空的人都時刻期待著這個哈勃空間望遠鏡的繼任者，為我們揭開更多宇宙的奧秘。

剛剛，詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（James Webb Space Telescope，JWST，根據國家天文科學資料中心，其標準譯名為“韋布空間望遠鏡”）發射升空。號稱世界上

最可靠的重型運載火箭之一

的阿麗亞娜5型火箭（Ariane 5）徐徐升起，藉助法屬蓋亞那庫魯航天中心

低緯度帶來的高自轉速度

，載著JWST飛向屬於它的太空。

隨著JWST一起上升的，還有無數天文學家、天文愛好者激動的心情。JWST的發射時間

從2007年一直拖延到現在

，

近百億美元的耗費

也遠遠多於當時5億美元的預期。對不少讀者而言，“詹姆斯·韋伯”這個名字似乎很早就在記憶中出現過了。JWST的建設也的確算得上一場漫長的征途。

JWST工作狀態圖片（圖片來源：NASA）

哈勃空間望遠鏡（HST）是1990年發射的，但在美國空間望遠鏡研究所（Space Telescope Science Institute，STScI），

對哈勃繼任者的討論從1989年就已經展開了

。1996年，他們認為下一代望遠鏡應該是主鏡直徑4米以上的紅外望遠鏡。2002年選定科學團隊，2004年開始建造，2005年選定發射場，2011年18片主鏡製造完畢，2013年開始製造遮陽板，2015年組裝光學元件，2017年進行測試，2018年整體組裝測試，最終在2021年發射。但對那些一直在等待的人來說，這一切都是值得的，JWST誇張的引數也足以讓它配得上哈勃繼任者的稱號。

哈勃繼任者

JWST

主鏡口徑達到6.5米

，由18片鈹鏡片拼接而成，

每片直徑1.32米，僅重20千克

。選用金屬鈹為主鏡材料，是因為鈹質量較輕且強度較大，並且在低溫環境下仍能保持形狀。一般的鏡子應該能完全還原物體原本的顏色，但JWST的鏡片明顯是黃色的，這是因為它在鏡面上鍍了

700個原子厚的金

，這樣能提高鏡片對

紅外線

的反射能力，JWST主要觀測的就是紅外線。嚴格來說，JWST觀測的波長範圍從橙色的600奈米一直延伸到遠紅外的28。5微米。

JWST和哈勃，斯皮策觀測波段的對比（圖片來源：webb space telescope media kit/NASA）

觀測紅外線是件麻煩事，因為

黑體輻射

，所有300開爾文左右的物體都在發射紅外線。所以必須對望遠鏡進行冷卻。在太陽系內，最大的熱源就是太陽，必須把主鏡和太陽隔絕開來，於是科學家為JWST設計了5層遮陽板，每層大小約為21米×14米，厚度卻僅有幾十微米：最外側為50微米，其餘4層為25微米。面向太陽的一側，

遮陽板溫度高達125℃，而主鏡一側的溫度可以低到-235℃

。按常見防曬產品的標準來算，這5層遮陽板的SPF係數高達100萬，能將太陽輻射的影響降到原來的百萬分之一。

之所以要克服這麼多困難在紅外波段觀測，是因為來自早期宇宙的光在經過百億年的紅移後，早就變成了紅外線。在波長相同的情況下，望遠鏡口徑越大，空間解析度也就越高，在光學波段，JWST的解析度高達0。1角秒；6。5米的口徑同時帶來了前所未有的靈敏度，

理論上，它能探測到地月距離那麼遠的一隻大黃蜂的發出的紅外線

。除了傳統的相機，JWST還搭載了光譜儀和星冕儀，能讓它獲得更多科學資料。為了到達拉格朗日點L2點附近避開地球、月球光線的干涉，

獲得

最優的觀測環境

，整個望遠鏡的重量被限制到了6。2噸，和一輛中巴車相當。

可摺疊望遠鏡

當然，想把望遠鏡發射到天上，僅僅減輕重量是不夠的，沒有火箭能裝得下這麼大的結構，

JWST必須是可摺疊的

，這帶來了更多困難。JWST的主鏡、副鏡、5層遮陽板，還有老生常談的太陽能板，都是可摺疊的。

JWST摺疊放置在阿麗亞娜5整流罩中的示意圖（圖片來源：webb space telescope media kit/NASA）

從打包狀態到完全展開是一個複雜的過程。發射不久後，JWST就會開啟太陽能板獲取能量。在這之後，JWST還會修正幾次軌道，因為

阿麗亞娜5並不能直接把它送到L2點附近軌道

，那樣會將望遠鏡的光學元件暴露在陽光下造成損害。在發射2。5天后，JWST展開兩個遮陽板支架，然後望遠鏡的可展開塔元件（Deployable Tower Assembly）會展開，將JWST的光學部分和其他部分分離開來，為5層遮陽板提供空間。全部5層遮陽板會在發射後一週內展開。副鏡和主鏡會在第二週內展開。發射29天后，JWST將進行最後一次機動，駛入L2點軌道，該軌道在月球軌道之外，距地球大約150萬公里，在地球引力的幫助下，JWST將繞著太陽一起旋轉。

在那之後，JWST仍不能開始工作，它要開始漫長的冷卻。

遮陽板的暗面大約會在那之後3周冷卻到40開爾文左右

，而JWST的MIRI裝置還需要額外製冷劑冷卻到7開爾文。在那之後望遠鏡將會對變形過程中產生的誤差進行修正，主鏡和副鏡會在發射4個月後完成除錯，那時它們

位置排列的誤差會小於觀測波長，僅有幾奈米

。在經過幾個月的除錯、測試後，

JWST將會在發射約半年後開始正式科學觀測

，為我們揭開宇宙早期的秘密。

科學目標

JWST能幫人類尋找宇宙中第一批形成的星系，揭開宇宙黑暗時代之後再電離時代的秘密。因為紅移的作用，在宇宙中選擇不同波長的光進行觀測，就好像坐上了時光機，JWST將觀測波長縮短，就能觀測宇宙的不同階段，研究星系、恆星是如何在宇宙百億年的歷史中演化的。它還能幫我們分析地外行星的大氣成分，為太陽系中其他成員拍下更清晰的照片。

這些科學目標聽上去似乎就是哈勃的工作，這也正是JWST被稱為哈勃繼任者的原因之一。哈勃空間望遠鏡革新了全人類對宇宙的認知，為我們帶來了數不勝數的震撼照片，而

JWST能看到更深的宇宙

，能穿透茫茫的時空，將隱藏在宇宙塵埃背後的秘密悉數揭開。就像哈勃、開普勒、TESS這些為人類作出偉大貢獻的望遠鏡一樣，JWST的資料將會儲存在米庫斯基空間望遠鏡資料庫（Mikulski Archive for Space Telescopes，MAST）中，向全人類公開。

JWST和HST觀測目標的對比（圖片來源：webb space telescope media kit/NASA）

JWST複雜的結構帶來的是

前所未有的技術難度

，北美和歐洲共14個國家的數千名科學家，工程師和技師，他們為JWST忙碌的時間超過了

4000萬小時

，他們在JWST上實現的技術突破更是數不勝數：熱開關，輕質低溫鏡片，製冷技術，紅外感測器……任意一個元件背後凝結的汗水都不可計數。

JWST接下來要進行變軌、變形（圖片來源：webb space telescope media kit/NASA）

但複雜的結構帶來的是極高的出錯機率，在測試過程中，

JWST被發現有344個點位可能出現故障

。發射之後，JWST的軌道位於月球軌道之外，人類根本沒有對其進行修復的可能。這也是為何面對JWST，所有人都是慎之又慎，這幾個月來JWST的發射時間也從12月初慢慢推遲到了聖誕節當天。這是一個浪漫的巧合，因為

對那些熱愛星空的人來說，

JWST就是最好的聖誕禮物

。