首頁 » 哈勃望遠鏡在540公里就能看清宇宙,為何韋伯要飛到150萬公里遠?

哈勃望遠鏡在540公里就能看清宇宙,為何韋伯要飛到150萬公里遠?
2021/12/26
2021/12/26

全世界最貴的望遠鏡、「鴿子王」詹姆斯韋伯太空望遠鏡終于發射升空了,這是航太界的一大盛事,舉世關注。為了打造這只探索宇宙的「黃金眼」,美國NASA和歐洲航空局ESA等機構花了25年時間和100億美元,就為了能把宇宙看得更清楚一些。

但是你知道嗎?網上有許多關于韋伯望遠鏡的宣傳畫雖然很漂亮,但卻錯得離譜。就像下邊這張:

一張錯誤的韋伯望遠鏡圖片

實際上,在韋伯望遠鏡發射升空之後,我們從地球上就再也看不見它那巨大的六邊形金色鏡面——它會始終藏在網球場大小的「床墊」後邊,躲到黑暗的影子裡,所以我們不可能看到它金光閃閃的樣子。

另一個原因是,韋伯望遠鏡將被發射到距離地球150萬公里的太空中,這個地方被稱為「地日拉格朗日L2點」。月球與地球的平均距離是38萬公里,相比之下,韋伯望遠鏡要遠4倍!

為什麼要把望遠鏡送到那麼遠的地方?哈勃太空望遠鏡已經可以看清楚幾十億光年外的星系,難道韋伯飛得更遠就能看得更清楚嗎?

還真是這樣!

韋伯望遠鏡將飛到拉格朗日L2點

為了探索宇宙,幾十年來各國共發射了超過30台太空望遠鏡,其中最有名的就是哈勃太空望遠鏡。自從1990年發射以來,哈勃望遠鏡用它直徑2.4米的鏡頭「深情凝視」遙遠的宇宙,為我們揭開了許多遙遠星系的秘密。

相比于哈勃,韋伯望遠鏡的反射鏡面直徑達到6.5米,更大的面積可以收集更多光線,也意味著它能看到更遠、更暗淡的星光。

韋伯望遠鏡的鏡面比哈勃大許多

了解哈勃太空望遠鏡的朋友都知道一個很逗的故事:因為鏡片打磨時犯了一個低級錯誤,哈勃一上天就被發現患有「先天性近視」,主鏡片屈光不正,看啥都是模糊的。但這時候哈勃已經花掉了大約47億美元,扔掉可惜,再運回地球也不可能,最後科學家在地面打造一套「近視眼鏡」,由太空梭帶到天上給哈勃更換。

這就是哈勃離地面近的好處,當望遠鏡出了問題需要維修維護時,宇航員能夠比較方便地飛過去給它更換配件。詹姆斯韋伯望遠鏡就不可以,它離地球150萬公里,沒人能飛到那麼遠。其實韋伯望遠鏡從一開始就沒考慮過怎麼修——所有都是一錘子買賣,萬一出了大問題,再貴也只能是打水漂。

哈勃望遠鏡在軌維修

為什麼會這樣?因為哈勃是可見光望遠鏡,基本上我們人眼看到的是啥,望遠鏡拍下的就是啥;韋伯是紅外線望遠鏡,它主要接受紅外線波長的光——比紅更紅,一種我們人眼看不見的「紅」。

根據物理學理論,宇宙中所有的物質都有溫度,都會向外發射光子。只有溫度足夠高的物體才向外發射出可見光,我們的眼睛能看見這些光子。更多的物體會發射出紅外線,我們需要使用紅外線敏感器才能探測到它們。

人眼看不見紅外線

詹姆斯韋伯望遠鏡就是一台用于探測宇宙紅外光的設備,它上面的感測器極其靈敏,可以區分極小的溫度變化,從而發現上百億光年外傳來的微弱光線。

就像我們白天看不見星星一樣,不是星星不在那兒,而是太陽光線太強,它的光子在大氣層中散射,淹沒了暗弱的星光。地球和月球也會發出紅外光,離地球越近,它對韋伯望遠鏡的干擾就越大。怎麼辦呢?科學家要讓望遠鏡儘量遠離地球和月球,並且用隔熱層擋住太陽光,將干擾的熱輻射降到最低。

韋伯需要隔絕太陽和地球熱能

那麼,將韋伯望遠鏡送到地日拉格朗日L2點,是因為那裡足夠冷嗎?並不是。

相對與太陽的距離而言,150萬公里帶來的溫度差幾乎可以忽略不計,選擇L2點一方面是這裡能避免地球月球熱輻射的干擾,另一個重要原因是這裡處于太陽與地球力學穩定區域,航天器不需要消耗太多燃料就能很長時間「漂浮」在這裡。

韋伯在地日引力作用下繞著L2點運動

在成功發射之後,詹姆斯韋伯太空望遠鏡會飛向地日拉格朗日L2點,在一個多月的漫長旅途中,它會像變形金剛一樣華麗變身:先展開太陽翼,再依次拉出並撐開5層隔熱薄膜,調整角度,將隔熱膜的底部朝向太陽和地球方向,最後展開鈹制的主反射鏡。每一塊鏡子背後都有一組電機,它們能以納米尺度精確調整鏡子的角度,以確保不會發生哈勃望遠鏡「近視」的問題。

韋伯在發射後要做300多個動作

在朝向地球和太陽的方向,韋伯望遠鏡的底部溫度可以達到88℃左右,而在背陰面,由于隔熱膜阻擋了太陽和地球的熱輻射,韋伯望遠鏡的鏡面和感測器的工作溫度低至-225℃!如此一來,宇宙中高于這個溫度的光都能被望遠鏡探測到,人類不僅能看得更遠,還可以探測到此前看不見的影像。

韋伯能看的星球比哈勃望遠鏡更多

就像上面這幅圖像所顯示的,左邊為哈勃,右邊是韋伯。當然啦,這張圖是P出來的,實際上韋伯望遠鏡並不能拍攝彩[色.圖]像,跟哈勃望遠鏡的照片一樣,所有彩色都是後期由地面人員P上去的。因為除了天文學家外,沒有人會對黑白色的星空感興趣。

搶先看最新趣聞請贊下面專頁

用戶評論