韦布空间望远镜即将入轨

文／赵金亮

1月25日左右，史上最强的詹姆斯·韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope，JWST）将抵达日地拉格朗日点L2附近，距离地球大约150万公里。关注天文的读者可能比较熟悉，初次听说的读者可能一头雾水，让我们先来了解一下詹姆斯·韦布空间望远镜。

北京时间2021年12月25日晚8点20分，巨大的亚利安5号火箭从法属圭亚那的欧洲空间局航天发射中心升空，上面搭载着詹姆斯·韦布空间望远镜，它的口径达到6.5米，由18个六边形的凹面镜组成。

我们来了解一下韦布空间望远镜的运行轨道，与大多数人造天体围绕地球运行不同，它的运行轨道被称为晕轮轨道，轨道以日地拉格朗日点L2为中心，作马鞍型周期运动。简单来说，太阳对韦布的万有引力，地球对韦布的万有引力，韦布自身的离心惯性力三者合力为零，使得韦布与太阳、地球保持相对位置不变。是不是很晕，因此有人戏称它为晕轨道。

20世纪初期，天文学家观测到木星公转轨道上超前60度位置有小行星与木星同步运行，之后在落后60度处也发现了类似情况，恰好与日木拉格朗日点L4和L5重合，称为特洛伊小行星群（Trojan asteroids），这一天文发现验证了拉格朗日点计算的正确性。

提到空间望远镜，读者听过的可能是哈勃空间望远镜。然而早在哈勃发射之前就召开了一场“哈勃继任者”的研讨会，会上科学家们提出了许多设想，拥有更大的主镜，强大的红外观测能力，当时被称为下一代太空望远镜，而它正是韦布的雏形。

韦布空间望远镜由美国宇航局、欧洲空间局和加拿大宇航局联合发起，前后经历了长达25年的研制和各种延误，预算不断追加，最终耗资达到了100亿美元，也被大家戏称为“鸽王”。然而，韦布的部署使天文学家对恒星演化和系外行星将有更深入的了解，甚至彻底改变人类对宇宙的认知，科学家为它取名詹姆斯·韦布，也是希望它像阿波罗登月项目一样，为人类带来新的科学突破。

韦布空间望远镜的身上有许多首次应用的新技术，轻量化的主镜、可以展开的遮阳薄膜、折叠镜片等。倘若韦布采用和哈勃一样的镜片材质，那么它就会严重超重，因此采用新材料设计制造主镜实现轻量化成为必须跨过的工程难题。为此工程师选择了用铍制成镜片，同时表面镀金来提高对红外光的反射率，如此设计使得每一块分体镜片只有20千克，同时拥有良好的低温结构强度，并且满足望远镜光学要求，为了将主镜放入火箭的整流罩，科学家还采用了折叠式设计。

韦布拥有6.5米直径的主镜，带来的好处是显而易见的。它的分辨率将大幅提升，哈勃在微米波段的分辨率约为0.1角秒，韦布在相同波段的分辨率将达到0.04角秒。另一个重要特点就是它的工作波段从600纳米可以延展到28.3微米，宇宙中的天体普遍都在远离我们，天体发出电磁辐射的波长会变长，也就是“红移”现象，对于一些非常遥远的星系，其可见光波段的辐射会移动到红外波段，韦布所搭载的红外光谱仪，可以观测到宇宙诞生早期的景象。超强的红外探测能力加之超高的分辨率，使其在行星探测和行星大气成分研究中具有独特的优势。

从发射到现在，韦布在太空中完成了数千个预定动作才得以展开，任何失误都可能导致整个项目失败。与火箭分离之后，韦布首先需要做的是展开太阳帆板和对准通信天线，随后展开五层遮阳膜，最后展开主镜和副镜，中间还需要完成数次轨道修正。

目前，韦布终于完全展开，向着既定轨道飞速前进，接下来它将继续冷却，让背对太阳的一侧冷却到零下230摄氏度左右，同时还需要进行一系列科学设备的开机测试和校准工作，因此大约5个月后才能开始科学观测。读者朋友们静静期待韦布传回的太空美景吧。