在人類(lèi)探索未知宇宙奧秘的過(guò)程中，太空望遠(yuǎn)鏡成為人類(lèi)的一雙千里眼，幫助我們看到更廣闊的浩瀚星空。20多年前，美國(guó)宇航局、歐洲航天局等機(jī)構(gòu)合作，開(kāi)始投資96億美元，建造一代最先進(jìn)的太空望遠(yuǎn)鏡——詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡。據(jù)外媒最新消息，這個(gè)項(xiàng)目目前已經(jīng)進(jìn)入了最后的沖刺階段，計(jì)劃在明年發(fā)射升空。

　　據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡看上去像是科幻小說(shuō)中的一幕——一座高聳的六邊形金鏡塔，頂在一個(gè)巨大的五層銀色遮陽(yáng)篷和一輛圓形宇宙飛船上。望遠(yuǎn)鏡的反射鏡被拋光到幾納米的精確度，在一組復(fù)雜的儀器前面，這些儀器足夠靈敏，能夠破譯外星大氣，并追溯到時(shí)間誕生的黎明時(shí)分。

　　自從去年8月最后一批完成的部件從美國(guó)宇航局的各個(gè)基地運(yùn)抵以來(lái)，在加利福尼亞州雷東多海灘諾斯羅普·格魯曼太空?qǐng)@區(qū)一個(gè)干凈的廠(chǎng)房中，6.35噸重的韋伯太空望遠(yuǎn)鏡開(kāi)始逐步組裝成型。

　　從車(chē)間有利位置來(lái)看，顯示這個(gè)望遠(yuǎn)鏡四層樓高度的唯一標(biāo)志是穿著白色連身衣的工程師在它的基座上跑來(lái)跑去。這是上個(gè)月晚些時(shí)候應(yīng)邀參加任務(wù)下一步行動(dòng)簡(jiǎn)報(bào)的新聞界首次看到完全組裝好的韋伯望遠(yuǎn)鏡。

　　“在過(guò)去的幾年里，我們分兩半工作。”諾斯羅普·格魯曼公司的韋伯太空望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目經(jīng)理斯科特·魏羅斌(Scott Willoughby)笑著說(shuō):“直到去年夏天，他們?cè)谟喕楹芫弥���，然后結(jié)婚了。我們把兩半放在一起創(chuàng)建了一個(gè)太空天文臺(tái)，我們正在慶祝這一成功。”

　　在經(jīng)歷了24年和無(wú)數(shù)次延遲之后，這個(gè)耗資96億美元的任務(wù)進(jìn)入了最后一年的調(diào)整和測(cè)試，之后韋伯望遠(yuǎn)鏡將被運(yùn)送到法屬圭亞那的圭亞那航天中心，于2021年3月發(fā)射到太空中。

　　韋伯望遠(yuǎn)鏡由美國(guó)宇航局、歐洲航天局和加拿大宇航局共同投資建設(shè)，這個(gè)項(xiàng)目吸引了來(lái)自24個(gè)國(guó)家和地區(qū)的數(shù)千名科學(xué)家和工程師。它在美國(guó)各地的幾個(gè)設(shè)施中分別同時(shí)建造，其中的重點(diǎn)工廠(chǎng)是諾斯羅普·格魯曼公司和馬里蘭州格林貝爾特的戈達(dá)德太空飛行中心。

　　韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將會(huì)距地球160萬(wàn)公里的軌道上運(yùn)行，它將在觀(guān)察宇宙大爆炸后的135億年的歷史。在大爆炸時(shí)刻，宇宙從黑暗的等離子體狀態(tài)過(guò)渡到形成第一束光、恒星和星系。它還將分析圍繞其他恒星運(yùn)行的較小巖石系外行星的大氣成分，以確定它們對(duì)生命繁衍的支持程度。

　　魏羅斌說(shuō):“我們來(lái)自哪里，我們是孤獨(dú)的，這是最重要的使命。我們從未見(jiàn)過(guò)不是由爆炸恒星形成的恒星。是什么讓塊狀星體聚集在一起并點(diǎn)燃了第一顆星星?每次你認(rèn)為自己知道什么，你都想證明給別人看，看看事情是如何發(fā)生的。”

　　起初，嬰兒時(shí)代的宇宙主要是氫和氦——在億萬(wàn)年的太陽(yáng)聚變產(chǎn)生今天發(fā)現(xiàn)的大量其他元素之前。當(dāng)時(shí)的恒星比太陽(yáng)大300倍，在以巨大的超新星死亡之前只活了幾百萬(wàn)年。

　　該望遠(yuǎn)鏡旨在捕捉來(lái)自這些爆炸的紅外光痕跡，當(dāng)分析后，將告訴科學(xué)家它們是由什么組成的以及它們形成的環(huán)境。在測(cè)量了大爆炸產(chǎn)生的宇宙熱量后，這是宇宙的下一個(gè)篇章，約翰·馬瑟和喬治·斯穆特因此獲得了2006年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　“光從哪里來(lái)?我們是如何從大爆炸中走出來(lái)的?”戈達(dá)德大學(xué)的韋伯太空望遠(yuǎn)鏡高級(jí)項(xiàng)目科學(xué)家馬瑟說(shuō)。“人們著迷于歷史，他們的家譜。他們想知道，‘我們要去哪里?’所以這是我們發(fā)現(xiàn)其中一些的一點(diǎn)點(diǎn)。”

　　從更大的視野來(lái)看，在我們的太陽(yáng)在50億年后死去后，尋找類(lèi)似地球的世界是確保人類(lèi)生存的第一步。更直接地說(shuō)，它可能為我們的地球起源和不斷變化的棲息地提供線(xiàn)索。

　　“更好地理解地球的一個(gè)方法是找到其他地方，并弄清楚它們是如何工作的，”馬瑟說(shuō)。“我們?nèi)匀荒軌蛘业轿覀兊刭|(zhì)歷史的痕跡，但那只告訴你一個(gè)故事。所以如果你能說(shuō)，金星變成溫室之前是什么樣的?或者火星變干涸之前是什么樣的?然后它會(huì)給你一些提示，告訴你在地球上需要做些什么來(lái)保護(hù)環(huán)境。這些地方是理解問(wèn)題的微型實(shí)驗(yàn)室。”

　　空前的挑戰(zhàn)

　　當(dāng)工程師們?cè)?996年開(kāi)始謀劃韋伯太空望遠(yuǎn)鏡時(shí)，他們需要使用10種當(dāng)時(shí)尚不存在的技術(shù)。其中包括一面直徑為6.5米的大型反射鏡，它必須被切分成18個(gè)獨(dú)立的部分，但作為一個(gè)整體工作，以及五個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)大小的遮陽(yáng)篷，以阻擋太陽(yáng)的輻射并將望遠(yuǎn)鏡的溫度降至超級(jí)寒冷的溫度。

　　整個(gè)太空望遠(yuǎn)鏡必須折疊起來(lái)，以適合直徑大約5米的阿麗亞娜火箭整流罩，并按照程序在160萬(wàn)公里之外展開(kāi)設(shè)備。它還需要比以前的探測(cè)器更靈敏的新一代探測(cè)器。

　　觀(guān)察數(shù)十億光年以外的天體需要一面足夠大的鏡子來(lái)收集非常微弱的物體發(fā)出的光線(xiàn)。韋伯太空望遠(yuǎn)鏡反射鏡的大小相當(dāng)于七個(gè)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的反射鏡，可以看到比現(xiàn)在的地面和太空望遠(yuǎn)鏡暗幾百倍的物體。

　　“哈勃望遠(yuǎn)鏡重11噸，有一個(gè)直徑2.4米的反射鏡，韋伯望遠(yuǎn)鏡重量為6.35噸，有直徑6.5米的反射鏡，”魏羅斌說(shuō)。“所以我們用一半的重量將光學(xué)元件的收集面積擴(kuò)大了7倍，使之適合發(fā)射的火箭。”

　　鏡子不是由更重的玻璃制成，而是由鈹制成，鈹是一種稀有金屬，比鋼更堅(jiān)固，但比鋁更輕。然后它被涂上一層薄薄的24K金，反射98%的紅外光。“這是一對(duì)黃金結(jié)婚戒指，”戈達(dá)德韋伯太空望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目經(jīng)理比爾·歐克斯說(shuō)。

　　據(jù)悉，韋伯望遠(yuǎn)鏡的主鏡將紅外光聚焦到副鏡上，副鏡將紅外光反射回鏡后的四個(gè)科學(xué)儀器，分析紅外波長(zhǎng)的范圍，將信息數(shù)字化，并將其傳輸回地球。其中一種儀器，近紅外光譜儀，裝有數(shù)千個(gè)特別設(shè)計(jì)的可編程微型快門(mén)，光圈只有幾根頭發(fā)那么大。“百葉窗”裝置可以更好地減少入射光的量，并實(shí)現(xiàn)同步觀(guān)測(cè)。

　　“其他光譜儀器以前也曾在太空飛行過(guò)，但沒(méi)有一種能夠同時(shí)對(duì)多達(dá)100個(gè)物體進(jìn)行高分辨率觀(guān)察，”歐克斯說(shuō)。"這意味著更多的科學(xué)研究可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成."

　　保持低溫

　　韋伯太空望遠(yuǎn)鏡儀器將測(cè)量近紅外到中紅外光譜，波長(zhǎng)為0.6到28微米，分別與紅色和微波的顏色相近。紅外線(xiàn)使我們能夠看到宇宙的更深處(因此，可以追溯到更遠(yuǎn)的時(shí)間)，因?yàn)橛钪嬲�在膨��，產(chǎn)生了紅移效應(yīng)。遠(yuǎn)離我們的物體發(fā)出較長(zhǎng)的電磁波長(zhǎng)，出現(xiàn)在光譜的紅色和紅外部分。

　　為了確定系外行星大氣的化學(xué)成分，當(dāng)行星穿過(guò)它們的路徑時(shí)，星載光譜儀將測(cè)量來(lái)自母星的紅外光波動(dòng)——對(duì)應(yīng)于不同的元素。

　　由于紅外相機(jī)對(duì)輻射(即光和熱)更敏感，望遠(yuǎn)鏡必須離太陽(yáng)及其在地球和月球上的反射光足夠遠(yuǎn)，并且有一個(gè)遮擋太陽(yáng)光線(xiàn)的防護(hù)罩，使望遠(yuǎn)鏡足夠冷，以避免來(lái)自望遠(yuǎn)鏡的紅外輻射的干擾。

　　魏羅斌說(shuō):“在寒冷的一面，光學(xué)系統(tǒng)在攝氏零下233度度運(yùn)行，因?yàn)槟抢锸撬麄兪占�紅外光的地方。熱端，即類(lèi)似公共汽車(chē)設(shè)備所在的位置，陽(yáng)光燦爛，達(dá)到攝氏85度。因此，我們制造了幾乎300多度的攝氏溫度差。有趣的是，如果那是防曬霜，那將是100萬(wàn)SPF的防曬霜。”

　　低溫冷卻器將科學(xué)儀器進(jìn)一步冷卻到攝氏零下266度。歐克斯說(shuō):“這些探測(cè)器非常敏感，我們實(shí)際上不得不把它冷卻到比我們能被動(dòng)做到的溫度還要低的溫度。”

　　“兔女郎套裝”

　　像火星2020探測(cè)器一樣，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的建造需要一個(gè)沒(méi)有微粒的潔凈車(chē)間原始條件。工程師們穿著“兔女郎套裝”——白色聚酯連身衣、短靴、兜帽、手術(shù)口罩和乳膠手套。

　　鏡子已經(jīng)被拋光到表面形狀精度在20納米以?xún)?nèi)，比一個(gè)細(xì)菌的大小還要小。魏羅斌說(shuō):“表面非常光滑，因?yàn)槿魏巫矒舳紩?huì)導(dǎo)致光子轉(zhuǎn)向不同的方向。你必須擔(dān)心每一點(diǎn)灰塵，人們穿什么，甚至用什么香水。你能聞到它們的事實(shí)意味著它們散發(fā)出原子和分子。我們不希望這些分子附著在陽(yáng)光或鏡子上。”

　　隨著最后一次熱測(cè)試的完成——使光學(xué)器件、屏蔽和總線(xiàn)經(jīng)受極端溫度——過(guò)去一年中最大的挑戰(zhàn)是將光學(xué)器件與遮陽(yáng)板結(jié)合起來(lái)。雖然只花了一天就完成了，但這是多年規(guī)劃和實(shí)踐的結(jié)果。

　　魏羅斌說(shuō):“我們有工程師，他們剛剛制造了幫助部署的設(shè)備。“事實(shí)證明，他們的工作和建造進(jìn)入太空的東西一樣困難。”

　　工程師面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是復(fù)制失重或解釋重力。他們通過(guò)馬達(dá)、天花板滑輪和墻壁配重的復(fù)雜“舞蹈”來(lái)模擬接近于零重力的場(chǎng)景。

　　該團(tuán)隊(duì)用模型和激光追蹤器練習(xí)了半年，然后嘗試真正的流程。“這可能是我們做過(guò)的最復(fù)雜的部署之一，”魏羅斌補(bǔ)充道。“太完美了。它真的很美。”

　　未來(lái)的一年

　　在接下來(lái)的一年里，團(tuán)隊(duì)將在離開(kāi)潔凈室廠(chǎng)房前完成大約400項(xiàng)任務(wù)。它們包括檢查光學(xué)反射鏡和遮陽(yáng)裝置的安裝，通過(guò)電子和環(huán)境檢查運(yùn)行天文臺(tái)，以及模擬發(fā)射和太空飛行的聲音和振動(dòng)。

　　隨后，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡號(hào)將通過(guò)巴拿馬運(yùn)河到發(fā)射場(chǎng)，在為期兩周的航行中，望遠(yuǎn)鏡將被裝在一個(gè)環(huán)境受到控制的集裝箱里。一旦到達(dá)那里，工程師們將花72天的時(shí)間完成另外800項(xiàng)任務(wù)，直到它最終發(fā)射升空。(在赤道附近發(fā)射利用了地球自轉(zhuǎn)的動(dòng)量來(lái)幫助它彈射到太空，因此只需要更少的火箭燃料。)

　　與此同時(shí)，位于巴爾的摩的約翰·霍普金斯大學(xué)的太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所(STSI)作為韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的運(yùn)營(yíng)中心，一直在排隊(duì)等待進(jìn)行天文學(xué)研究。

　　由于天文臺(tái)的前六個(gè)月已經(jīng)安排好了，STSI將在第一年剩下的時(shí)間里，從預(yù)期的1500個(gè)科學(xué)提案中進(jìn)行選擇。該研究所將每年發(fā)布新提案的請(qǐng)求，并為各自的科學(xué)團(tuán)隊(duì)歸檔收到的圖像。

　　并非所有韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)都在未來(lái)。它的一些技術(shù)已經(jīng)在地球上得到應(yīng)用。例如，設(shè)計(jì)望遠(yuǎn)鏡鏡的工程師發(fā)明了眼科顯微鏡的聚焦機(jī)制。“所以有一種聯(lián)系是你永遠(yuǎn)看不到的，”馬瑟說(shuō)。

　　進(jìn)入軌道

　　飛船將需要將近三周的時(shí)間才能到達(dá)軌道——一個(gè)被稱(chēng)為第二拉格朗日點(diǎn)或L2的位置——在這里，地球和太陽(yáng)的重力結(jié)合使得那里的物體能夠以與地球相同的速度環(huán)繞太陽(yáng)。在途中，地面控制員將命令178個(gè)裝置將它固定在一起發(fā)射，打開(kāi)并開(kāi)始望遠(yuǎn)鏡的部署程序。

　　“你們中報(bào)道過(guò)火星探測(cè)器的人說(shuō)他們有‘七分半鐘的恐懼’嗎?”歐克斯說(shuō)，他提到了好奇號(hào)探測(cè)器引人注目的視頻。“我開(kāi)玩笑地稱(chēng)之為‘兩周半的高度焦慮’”。

　　一旦進(jìn)入軌道，在接下來(lái)的六個(gè)月里，團(tuán)隊(duì)將會(huì)執(zhí)行大約500多個(gè)任務(wù)，使其投入運(yùn)行。然后，基于韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)研究可以開(kāi)始了

　　最終，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡號(hào)將攜帶足夠的燃料，通過(guò)精心管理，使其運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)14年。戈達(dá)德的一個(gè)團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行一項(xiàng)機(jī)器人加注燃料任務(wù)，這可能會(huì)進(jìn)一步延長(zhǎng)這座太空天文臺(tái)的壽命。

　　“這是一段非常激動(dòng)人心的時(shí)期，因?yàn)樗�有零組件都已經(jīng)集中在一起，”歐克斯說(shuō)。“我們期待著發(fā)射望遠(yuǎn)鏡，所有這些人在這段時(shí)間里一直在一起工作。我有一些為我工作的人，他們從自己孩子很小的時(shí)候就開(kāi)始了，現(xiàn)在這些孩子正從大學(xué)畢業(yè)。”(騰訊科技審校/承曦)