太空望远镜——韦伯华丽启程

未知 2021-12-26 11:38

太空望远镜——韦伯华丽启程

今天，在经历十四年的不断延迟后，耗资100亿美元、有“鸽王”之称的詹姆士·韦伯太空望远镜终于成功发射升空。接下来，它将执行一系列高难度动作，展开天线、电池板、五层遮光罩、折叠式主镜和副镜。如果一切顺利，它将在30天后抵达150万公里外的目的地——日地第二拉格朗日点（以下简称日地L2点），然后开始在轨测试。明年六月，它才会正式工作。

图1：阿里安5型火箭发射韦伯太空望远镜（credit：NASA）

图2：发射前的韦伯太空望远镜（credit：NASA）

韦伯太空望远镜有望成为天文史上一个新的里程碑。它6.5米口径的巨大主镜将用来收集来自最遥远宇宙的红外光线，拍摄令人震撼的深空照片，为我们解答宇宙起源、暗物质和暗能量的秘密。

毫无疑问，它是卓越的技术成就，也是1990年哈勃太空望远镜发射以来最受关注的太空望远镜。它不仅是口径最大的太空望远镜，也将成为有史以来看得最远的望远镜——能看到136亿光年外、诞生仅2亿年的早期宇宙景象。

它极高精度的大口径折叠式铍制镀金主镜、网球场大小但单层厚度仅为0.025-0.05毫米的五层展开式遮光罩、保证主镜和红外仪器在零下220度工作的深度制冷系统和工作温差达450度的温控系统，在历史上都没有先例可循。它也将是人类发射到月球轨道以外最重的航天器（6.5吨）。它的延迟和这些巨大的技术挑战不无关系。媒体对此已经有大量报道，这里就不展开了。

我们不妨趁这个机会回顾一下太空望远镜的历史，然后遥想一下未来。对大家都关心的我国太空望远镜的状况，我也会做一番比较和展望。

将天文望远镜发射到没有大气干扰的太空中，最早是美国天文学家斯皮策于1946年提出的想法。但直到1968年12月，第一架真正意义上的光学太空望远镜“轨道天文台二号”（本文所述“光学太空望远镜”仅包括紫外、可见、红外光波段。伽马和X射线望远镜的结构和成像方式差异较大，缺乏可比性）才成功升空。

轨道天文台二号由NASA研制，主镜是一台采用斯瓦西成像系统的30.5厘米口径紫外波段望远镜。在四年多的工作期间（至1973年1月），它拍摄了大概1200个目标的紫外照片，包括行星、彗星、恒星、星团和星系等。它也采用了当时最先进的无线图像传输技术。它的多个后续任务都很成功，促使了哈勃望远镜的立项。

图3：轨道天文台二号（credit：NASA）

无独有偶，苏联的第一架太空望远镜也是紫外波段的。“猎户座一号”望远镜安装在世界第一个空间站“礼炮一号”上发射升空。它的口径为28厘米，使用16毫米感光胶卷。礼炮一号仅有联盟11号机组在上面驻留了22天。由于联盟11号返回时的悲剧性事故（三名宇航员因飞船失压身亡），猎户座一号也随礼炮一号使命的结束而终结。

上世纪七八十年代，美、欧、俄发射了不少太空望远镜，覆盖红外、可见光、紫外、X和伽马等波段，但口径都不大（不超过一米），也没有特别瞩目的成就，因此不太为公众所知。

1990年，随着哈勃太空望远镜的发射，NASA开始执行四个“大天文台”计划（另三个是康普顿伽马射线望远镜、钱德拉X射线望远镜、斯皮策红外望远镜），太空望远镜一下子变得家喻户晓。

最后是哈勃出尽风头，而其他三架望远镜一直默默无闻。这不是没有道理的，因为哈勃是当时口径最大的太空望远镜（口径2.4米，将当时太空望远镜口径纪录翻了几倍），还可以由航天飞机在轨维护。从第一次镜片缺陷的修复开始，每次航天飞机执行哈勃维修任务都会成为新闻热点。当然，超记录的投资（发射时21亿美元，后续100亿美元以上）和研制时间（12年），以及超长的寿命（31年）也是它成名的资本。

哈勃没有让人失望。三十多年来，它的观察对象囊括了家门口的太阳系天体直至130多亿光年外最遥远的星系。它的研究成果几乎改写了整个天文学。对公众来说，它让我们认识了“创生之柱”和“上帝之眼”等神秘而瑰丽的深空星云，更不用说极其震撼的哈勃超深场和极深场。它是当之无愧有史以来最成功的天文项目。它至今还在工作，辉煌还在继续。