簡(jiǎn)介

為了克服大氣的干擾，科學(xué)家們還將望遠(yuǎn)鏡安置在地球軌道上，稱為太空望遠(yuǎn)鏡，其中最有名的當(dāng)屬哈勃太空望遠(yuǎn)鏡。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡做出了很多重要的發(fā)現(xiàn)，但它的壽命最長(zhǎng)只能持續(xù)到2010年前后，屆時(shí)需要由新一代太空望遠(yuǎn)鏡來(lái)接替它的工作，這就是詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡。

JWST項(xiàng)目于1995年10月啟動(dòng)，立項(xiàng)時(shí)名稱為下一代太空望遠(yuǎn)鏡（Next Generation Space Telescope）。為紀(jì)念NASA的第二任行政官James E Webb，該項(xiàng)目于2002年改名為James Webb Space Telescope，原計(jì)劃于2014年發(fā)射升空，現(xiàn)計(jì)劃延遲至2018年。

詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡能夠探測(cè)到更遠(yuǎn)的太空，但質(zhì)量只有哈勃望遠(yuǎn)鏡的1/3。它采用反射式結(jié)構(gòu)，省略了鏡筒，主鏡片直徑約為6m，由18塊六角形的鏡片組成，探測(cè)遙遠(yuǎn)暗淡天體的能力是哈勃望遠(yuǎn)鏡的400倍?？茖W(xué)家計(jì)劃將詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空后，定位在距地球151萬(wàn)km遠(yuǎn)的日地系統(tǒng)平衡點(diǎn)，既遠(yuǎn)離大氣塵埃的影響，也沒(méi)有空間碎片撞擊的風(fēng)險(xiǎn)。望遠(yuǎn)鏡始終處于地球背離太陽(yáng)的陰影中，可使日、地輻射對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響最小。

詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡將主要利用紅外波段進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)宇宙的縱深進(jìn)行研究，目的是了解星系、恒星以及包括地球在內(nèi)的行星從宇宙“大爆炸”至今經(jīng)歷了怎樣的演化過(guò)程。科學(xué)家希望用它“捕捉”到宇宙第一縷光線，即大約110億年前最初的恒星和星系形成時(shí)發(fā)出的光芒。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

韋伯太空望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)24米，寬12米，高12米。由三個(gè)主要部件組成：綜合科學(xué)工具指令艙（ISIM）、光學(xué)望遠(yuǎn)鏡（OTE）以及太空艙組件（太空艙和遮光罩）。該大型望遠(yuǎn)鏡包含4 臺(tái)科學(xué)儀器，分別為近紅外攝像機(jī)（Near-Infrared Camera，簡(jiǎn)稱 NIR Cam）、近紅外光譜儀（Near-Infrared Spectrograph，簡(jiǎn)稱 NIR Spec ） 、中紅外儀（MidInfrared Instrument，簡(jiǎn)稱MIRI）和精細(xì)導(dǎo)星感測(cè)器（Fine Guidance Sensor，簡(jiǎn)稱FGS）。這些儀器使 JWST 具備強(qiáng)大的探索和研究宇宙歷史的能力。

韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的六邊型主光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的鏡片直徑約為6.5米，而哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的鏡片只有2.4米，如此巨大的鏡片使得它能夠探測(cè)到亮度很低的天體。不過(guò)，沒(méi)有哪個(gè)運(yùn)載火箭寬到可以容納如此大的鏡片，因此該鏡片由18節(jié)可折疊的分鏡片組成，這也成為它最具風(fēng)險(xiǎn)性的設(shè)計(jì)，在發(fā)射升空后，鏡片才會(huì)全部打開(kāi)。

此外，遮光罩如網(wǎng)球場(chǎng)那么大，矩形，共5層，升空后也將被展開(kāi)，用來(lái)為鏡片和其他航天器元部件遮擋來(lái)自太陽(yáng)的熱量。

設(shè)計(jì)特色

韋伯太空望遠(yuǎn)鏡是第一代太空望遠(yuǎn)鏡——哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的繼任者。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡是在1990年發(fā)射升空的，在它的幫助下，科學(xué)家對(duì)宇宙的了解大大加深。但隨著時(shí)間的流逝，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡正不斷老化，難當(dāng)大任，應(yīng)該“退休”了。相比之下，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的功能則更為強(qiáng)大。

（1）成本大大降低。韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的成本將為45億美元，包括研制、發(fā)射以及升空后10年的運(yùn)行費(fèi)用。而20世紀(jì)80年代研制的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的成本在70億美元到80億美元之間。

（2）不需要人工維護(hù)。韋伯太空望遠(yuǎn)鏡不會(huì)像哈勃太空望遠(yuǎn)鏡那樣需要宇航員的維修服務(wù)，在設(shè)計(jì)上，它能夠與一艘未來(lái)飛船實(shí)現(xiàn)對(duì)接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單和常見(jiàn)問(wèn)題的處理。這樣，即使“航天飛機(jī)計(jì)劃”被終止，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡也不會(huì)因此而年久失修。

（3）功能更集中。雖然韋伯太空望遠(yuǎn)鏡被稱作哈勃太空望遠(yuǎn)鏡繼任者，但實(shí)際上它們的功能有很大差別。哈勃太空望遠(yuǎn)鏡可觀測(cè)的光波的范圍很大，從紫外線到可見(jiàn)光到紅外線，而韋伯太空望遠(yuǎn)鏡盡管也能夠觀測(cè)一部分可見(jiàn)光波段，但主要還是集中在紅外線波段。

科學(xué)目標(biāo)

詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡常常被譽(yù)為是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的繼承者。詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡將裝備一臺(tái)6.5m的拼接式主鏡面。它將會(huì)被部署在距離地球150萬(wàn)千米的深空，在那里觀測(cè)、探尋星系的誕生與演化以及恒星與行星的形成過(guò)程。韋伯望遠(yuǎn)鏡上裝備的4臺(tái)科學(xué)載荷覆蓋了從可見(jiàn)光一直到中紅外波段的廣泛范圍，從而使其成為觀測(cè)宇宙中遙遠(yuǎn)目標(biāo)，或是觀測(cè)銀河系內(nèi)部被氣體塵埃云隱匿起來(lái)的目標(biāo)時(shí)的強(qiáng)大工具。

設(shè)計(jì)特點(diǎn)

詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡具有以下特點(diǎn)：

①詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的主鏡面集光能力大約是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的7倍：

②詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡所采用的遮光罩面積是22米x12米，在遮光罩的正反面溫差達(dá)300攝氏度；

③詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的所有觀測(cè)設(shè)備必須被保持在極低的溫度下，如此方能確保儀器自身的紅外輻射不會(huì)對(duì)觀測(cè)產(chǎn)生干擾；

④詹姆斯-韋伯空間望遠(yuǎn)鏡將于2018年搭乘歐洲阿里安火箭升空，升空后它將運(yùn)行于距離地球150萬(wàn)千米的拉格朗日點(diǎn)開(kāi)展科學(xué)觀測(cè)活動(dòng)。

研制歷程

在討論詹姆斯-韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的話題時(shí)很難避免談到這臺(tái)劃時(shí)代的先進(jìn)觀測(cè)設(shè)備在其建造過(guò)程中所遇到的諸多困難。由于預(yù)算，技術(shù)以及管理方面的諸多問(wèn)題，該項(xiàng)目的推進(jìn)不斷出現(xiàn)研制工期超期以及預(yù)算嚴(yán)重超支情況。如果將歐洲和加拿大為此項(xiàng)目付出的預(yù)算也算上，目前這一項(xiàng)目的耗資總額已經(jīng)接近驚人的100億歐元（約合811.7億元人民幣）。事實(shí)上，這些困難和不斷地延期已經(jīng)造成了很多困擾，比如德國(guó)方面發(fā)現(xiàn)，在美國(guó)為其建造NirSpec所提供的部件中有2臺(tái)已經(jīng)出現(xiàn)了問(wèn)題，需要在設(shè)備發(fā)射升空之前進(jìn)行更換。這2臺(tái)設(shè)備分別是紅外探測(cè)器以及微型遮光系統(tǒng)。紅外探測(cè)器的探測(cè)能力已經(jīng)隨著時(shí)間的推移而逐漸降低了靈敏度，因此需要進(jìn)行更換。而微型遮光系統(tǒng)則是一個(gè)使用了超過(guò)25萬(wàn)個(gè)微型夜空觀測(cè)天體的裝置，其每次最多可以導(dǎo)入100個(gè)天體的光線進(jìn)行觀測(cè)。在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)這一裝置中有一部分小門會(huì)卡在開(kāi)啟狀態(tài)而無(wú)法閉合。對(duì)此美國(guó)戈達(dá)德中心的工程師們已經(jīng)設(shè)計(jì)出針對(duì)（解決）這一問(wèn)題的對(duì)策，但是尚需對(duì)設(shè)備進(jìn)行改裝，以便應(yīng)用這些改進(jìn)對(duì)策。

盡管詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的研制過(guò)程中出現(xiàn)了這樣或者那樣的失誤和困難，耗資也確實(shí)異常驚人，但實(shí)際上科學(xué)家們對(duì)于詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的期待一點(diǎn)都不比哈勃望遠(yuǎn)鏡少。JWST項(xiàng)目主管，美國(guó)宇航局的埃里克·史密斯博士表示：“韋伯將是一臺(tái)‘難以預(yù)料’的望遠(yuǎn)鏡，就像它的前輩哈勃那樣。當(dāng)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡升空時(shí)．人們對(duì)其提出了一系列科學(xué)指標(biāo)并或多或少的預(yù)測(cè)了它將能作出哪些發(fā)現(xiàn)。結(jié)果哈勃望遠(yuǎn)鏡的確實(shí)現(xiàn)了那些預(yù)言。但是縱觀哈勃望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目的全貌，其中最驚人以及最振奮人心的發(fā)現(xiàn)，卻都是那些未曾事先料到的意外發(fā)現(xiàn)。而這一次，韋伯望遠(yuǎn)鏡也一定會(huì)有類似的事情發(fā)生?！倍鴣?lái)自歐洲空間局的馬克·麥克科漢則給出了更加驚人的評(píng)價(jià)，他說(shuō)：“毫無(wú)疑問(wèn)，詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡將會(huì)成為下一代宇宙觀測(cè)的核心設(shè)備，目前很多的科研計(jì)劃都是以假定詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡能夠如期順利升空并開(kāi)展預(yù)定觀測(cè)計(jì)劃為基礎(chǔ)的。在很多方面，相比我們目前最好的觀測(cè)設(shè)備，詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡在分辨能力方面不是提升了10倍或者100倍，而是提升了1000倍甚至10000倍。這將是一臺(tái)主宰時(shí)代的超級(jí)觀測(cè)設(shè)備?！?/p>

對(duì)比

韋伯望遠(yuǎn)鏡是美國(guó)宇航局哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的后繼者，它將是有史以來(lái)人類建造的最大太空望遠(yuǎn)鏡。該望遠(yuǎn)鏡由美國(guó)宇航局領(lǐng)導(dǎo)，包括歐空局、加拿大空間局一起參與的項(xiàng)目。嚴(yán)格地說(shuō)，韋伯望遠(yuǎn)鏡與哈勃望遠(yuǎn)鏡并非誰(shuí)取代誰(shuí)的關(guān)系。由于用途和波段的不同，也讓韋伯望遠(yuǎn)鏡和哈勃望遠(yuǎn)鏡在設(shè)計(jì)上大相徑庭。

如果說(shuō)，哈勃望遠(yuǎn)鏡采用的大鏡筒還停留在我們對(duì)望遠(yuǎn)鏡的傳統(tǒng)印象，那么，韋伯望遠(yuǎn)鏡則采用了十分獨(dú)特的反射結(jié)構(gòu)，這也是理想與現(xiàn)實(shí)妥協(xié)的結(jié)果。為了加強(qiáng)聚光能力和分辨率，韋伯望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)口徑達(dá)到了6.5米，是哈勃2.4米口徑的3倍。

由于口徑太大，目前沒(méi)有任何一種運(yùn)載工具可以將6.5米的大鏡筒送入太空，因此韋伯望遠(yuǎn)鏡使用了折疊結(jié)構(gòu)，18塊直徑1.3米的6邊形鏡片拼合為一個(gè)6.5米的望遠(yuǎn)鏡，發(fā)射時(shí)將鏡片折疊起來(lái)，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入太空后再展開(kāi)。同時(shí)，韋伯望遠(yuǎn)鏡還進(jìn)行了減重，其發(fā)射質(zhì)量只有6.5噸，比哈勃望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射質(zhì)量減輕了一半。

此外，哈勃望遠(yuǎn)鏡主要的觀測(cè)波段是可見(jiàn)光，因此它可以在近地軌道上運(yùn)行，加之鏡頭前有遮光罩，即使在陽(yáng)光暴曬下也不會(huì)受到大的影響。相反，為了觀測(cè)第一代恒星，收集它們位于近紅外和中紅外波段的微弱光線，韋伯望遠(yuǎn)鏡需要極為苛刻的超低溫環(huán)境，否則在自身受熱后，其釋放出的紅外線就會(huì)對(duì)觀測(cè)構(gòu)成干擾。因此，韋伯望遠(yuǎn)鏡需要維持在高于零下50攝氏度的低溫環(huán)境。為了維持這樣的超低溫環(huán)境，韋伯望遠(yuǎn)鏡將被置于距離地球150萬(wàn)公里外的日地L2點(diǎn)的暈軌道上，這里不僅避開(kāi)了地球和月球的陰影，為望遠(yuǎn)鏡提供了更好的觀測(cè)條件，更重要的是暈軌道與日地的相對(duì)位置穩(wěn)定，可以方便調(diào)整遮陽(yáng)板方向，有效地屏蔽來(lái)自太陽(yáng)和地球的熱輻射。

此外，獨(dú)特的軌道設(shè)計(jì)也對(duì)韋伯望遠(yuǎn)鏡提出了很高的要求。眾所周知，哈勃望遠(yuǎn)鏡服役25年來(lái)，美國(guó)使用航天飛機(jī)對(duì)哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了多次在軌維護(hù)，但韋伯望遠(yuǎn)鏡置于距離地球150萬(wàn)公里外的L2暈軌道上，這里是人類從未涉足的深空，這就需要它具有很高的可靠性，保證在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)穩(wěn)定工作?；蛟S是哈勃望遠(yuǎn)鏡超期服役帶來(lái)的樂(lè)觀情緒，工程師們相信韋伯望遠(yuǎn)鏡能工作得更久，或許未來(lái)人類的腳步會(huì)走到L2軌道，因此韋伯望遠(yuǎn)鏡在設(shè)計(jì)時(shí)還預(yù)留了一個(gè)與其他航天器進(jìn)行對(duì)接的端口。不過(guò)，雖然美國(guó)宇航局將在2018年發(fā)射韋伯望遠(yuǎn)鏡，但也有人認(rèn)為，該望遠(yuǎn)鏡在未來(lái)3年時(shí)間進(jìn)行的各種測(cè)試，將會(huì)是太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)入軌道前的重要環(huán)節(jié)，直接決定其性能是否達(dá)到了要求。

重要進(jìn)展

2007年8月，作為NASA哈勃望遠(yuǎn)鏡的下一代后繼設(shè)備，韋伯空間望遠(yuǎn)鏡基于NI LabVIEW FPGA技術(shù)，順利通過(guò)了2013年發(fā)射前的重要測(cè)試關(guān)卡。JWST的一個(gè)重要元素是近紅外線聲譜儀（Near Infrared Spectrograph，NIR Spec），該裝置具備了超過(guò)250000個(gè)微型快門來(lái)幫助人們更好地觀察成千上萬(wàn)的遙遠(yuǎn)星系，以更好地認(rèn)識(shí)宇宙起源。這些微型快門實(shí)際上是微電機(jī)系統(tǒng)裝置（micro electro mechanical system，MEMS），其作用類似于照相機(jī)的快門，是用于控制曝光量的。NASA戈達(dá)德空間飛行中心（NASA Goddard Space Flight Center）的工程師在實(shí)驗(yàn)室里成功地運(yùn)用LabVIE WFPGA來(lái)控制和測(cè)試這些微型快門。

2021年2月，美國(guó)航天局的詹姆斯-韋伯空間望遠(yuǎn)鏡取得了重大進(jìn)展，該望遠(yuǎn)鏡在加利福尼亞州雷東多海灘的諾斯羅普-格魯曼公司完成了其最后的功能性能測(cè)試。^[1]

2021年5月11日，美國(guó)加州，NASA公布詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡接受測(cè)試，為太空旅行做準(zhǔn)備。^[2]

美國(guó)宇航局的詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡將通過(guò)高速串行總線“Space Wire”技術(shù)，使寬帶升級(jí)。這樣，一旦該望遠(yuǎn)鏡在2013年發(fā)射升空，這個(gè)新的軌道天文臺(tái)捕獲宇宙圖像的清楚程度將是空前的。位于馬里蘭州格林貝特的美國(guó)宇航局戈達(dá)德航天飛行中心的工程師此次采用了Space Wire技術(shù)。Space Wire技術(shù)最初由歐洲航天局研發(fā)，為的是簡(jiǎn)化太空任務(wù)的執(zhí)行。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種很小、低能耗的微芯片，可以超過(guò)200M/s的速度傳輸Space Wire信號(hào)，或者比最高的高清電視直播速度快10倍。速度的提高讓詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）的4個(gè)科學(xué)儀器通過(guò)Space Wire網(wǎng)互相“對(duì)話”時(shí)，信息處理過(guò)程更加迅速。這意味著美國(guó)宇航局的下一個(gè)大型太空天文臺(tái)將能捕獲到太空中更多、更高清晰度的圖像。

近日，一個(gè)由德國(guó)Astrium公司領(lǐng)銜的工業(yè)團(tuán)隊(duì)完成了近紅外光譜儀的建造工作，這是未來(lái)將會(huì)安裝于詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡上的4臺(tái)科學(xué)觀測(cè)載荷之一。在德國(guó)奧特伯恩還舉行了一個(gè)簡(jiǎn)單的慶祝儀式，紀(jì)念這臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備的建成。隨后該設(shè)備被移交給歐洲空間局（ESA），歐洲空間局很快又便將這臺(tái)價(jià)值超過(guò)2億歐元的精密設(shè)備轉(zhuǎn)交給了美國(guó)宇航局（NASA）。這臺(tái)NIR Spec設(shè)備將會(huì)在9月20日被運(yùn)往設(shè)在美國(guó)馬里蘭州的戈達(dá)德空間飛行中心，在那里它將被安裝到望遠(yuǎn)鏡鏡體之上進(jìn)行整合。Nir Spec設(shè)備在組裝過(guò)程中將會(huì)被安裝在詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡主鏡面的后方，在升空之后它將在這里接收來(lái)自主鏡面采集的光信號(hào)。隨后光束會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)光柵，光線在那里會(huì)被分解為不同的色彩——光譜，同時(shí)探測(cè)器會(huì)對(duì)這些光譜信號(hào)進(jìn)行接收并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并傳送回地面。到此為止，歐洲方面承擔(dān)的詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目任務(wù)主要部分已經(jīng)完成。此前，由歐洲方面承擔(dān)的另外一臺(tái)中紅外探測(cè)儀設(shè)備，經(jīng)英國(guó)設(shè)計(jì)并制造完成后已于2012年移交美方。

近日，據(jù)美媒報(bào)道，美國(guó)研制的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的第12塊鏡片已安裝在望遠(yuǎn)鏡構(gòu)架上，標(biāo)志著韋伯太空望遠(yuǎn)鏡分塊主鏡的安裝已經(jīng)過(guò)半，全部18塊鏡片安裝工作預(yù)計(jì)在今年上半年完成。這意味著，耗資近90億美元的韋伯太空望遠(yuǎn)鏡離2018年發(fā)射更近了一步。

法國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2021年12月25日13時(shí)15分（北京時(shí)間25日20時(shí)15分），美國(guó)宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在法屬圭亞那庫(kù)魯基地成功發(fā)射升空。這次發(fā)射使用了阿麗亞娜5號(hào)火箭。^[9]

2021年12月，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡空4天后，NASA于宣布，這臺(tái)太空望遠(yuǎn)鏡的使用壽命將超過(guò)10年，比原來(lái)最低設(shè)計(jì)壽命5年長(zhǎng)了一倍多。^[10]

研發(fā)背景

從1996年開(kāi)始，美國(guó)宇航局向全國(guó)招標(biāo)，尋找這個(gè)極端精密的新式空間望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃。競(jìng)標(biāo)的四個(gè)機(jī)構(gòu)分別是：美國(guó)宇航局/戈達(dá)德宇航中心、美國(guó)TRW公司、著名的洛克西德-馬丁公司和美國(guó)鮑爾航空宇宙公司。最后，TRW公司經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選終于奪帥。

“詹姆斯-韋伯”這個(gè)名字是取自美國(guó)宇航局第二任局長(zhǎng)詹姆斯·韋伯——在韋伯擔(dān)任美國(guó)宇航局(NASA)領(lǐng)導(dǎo)人時(shí)美國(guó)的航天事業(yè)掀開(kāi)了新的篇章，其中包括探測(cè)月球和“阿波羅”登月計(jì)劃等。因此，“詹姆斯-韋伯”一誕生，便寄托著人們的厚望。同“哈勃”相比，“詹姆斯-韋伯”更大、更精密，能勘測(cè)到更遠(yuǎn)的太空！它口徑是“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”的三倍，但質(zhì)量只有哈勃的一半左右。它是一架沒(méi)有鏡筒的望遠(yuǎn)鏡。

詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的繼任者，將成為下一代空間天文臺(tái)。它將是有史以來(lái)建造的最強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡，將提供宇宙中形成的第一個(gè)星系的圖像，并探索遙遠(yuǎn)恒星周圍的行星。這是美國(guó)宇航局、歐洲航天局和加拿大航天局的一個(gè)聯(lián)合項(xiàng)目。

發(fā)展歷史

按原計(jì)劃，韋伯望遠(yuǎn)鏡本應(yīng)在2014年升空，但后因預(yù)算等問(wèn)題推遲。

2017年9月，美國(guó)航天局表示，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射窗口將從2018年的10月推遲至2019年的3月至6月之間。聲明解釋說(shuō)，韋伯望遠(yuǎn)鏡及其遮光板的體積和復(fù)雜性超過(guò)多數(shù)探測(cè)器，比如僅遮光板釋放設(shè)備就要安裝100多個(gè)，振動(dòng)測(cè)試也要用更長(zhǎng)時(shí)間，所以推遲到2019年春季從法屬圭亞那庫(kù)魯航天中心用歐洲的阿麗亞娜5型火箭發(fā)射升空。

2018年3月28日，美國(guó)航空航天局再次宣布韋伯在2020年之前不會(huì)發(fā)射升空。

2018年5月6日，受一系列技術(shù)問(wèn)題的困擾，JWST的最新發(fā)射日期已經(jīng)被推遲到2020年。

2018年6月29日，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，哈勃望遠(yuǎn)鏡的“接任者”詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡將推遲至最早2021年3月30日發(fā)射。

2021年9月9日，NASA宣布，詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope）計(jì)劃于2021年12月18日，在法屬圭亞那庫(kù)魯航天中心由阿麗亞娜-5運(yùn)載火箭（Ariane 5）發(fā)射升空。^[3]

2021年10月12日，根據(jù)美國(guó)宇航局消息，造價(jià)100億美元、世界上最大、最復(fù)雜的空間科學(xué)天文臺(tái)詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope，簡(jiǎn)稱JWST 或 Webb）經(jīng)過(guò)16天、長(zhǎng)達(dá)9300公里的海上航行，已于10月12日成功抵達(dá)位于南美洲的法屬圭亞那。^[4]

2021年11月22日，美國(guó)NASA表示，位于法屬圭亞那的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)射基地發(fā)生異常情況，導(dǎo)致發(fā)射日期推遲到12月22日，這架太空望遠(yuǎn)鏡原定于12月18日發(fā)射。^[5]

2021年12月14日，NASA發(fā)布聲明，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)正在解決望遠(yuǎn)鏡與運(yùn)載火箭系統(tǒng)之間的通信問(wèn)題。這導(dǎo)致發(fā)射推遲2天，最早12月24日發(fā)射。^[6]

2021年12月21日消息，受法屬圭亞那庫(kù)魯航天中心所在區(qū)域的惡劣天氣影響，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射日期將從12月24日推遲至最早12月25日。^[7]

2021年12月25日7時(shí)20分（美東時(shí)間），在發(fā)射延遲數(shù)年后，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡“繼任者”詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡從法屬圭亞那庫(kù)魯航天中心發(fā)射升空。^[8]

2022年1月8日，詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡的主鏡在太空完全展開(kāi)，準(zhǔn)備開(kāi)啟對(duì)宇宙起源的探索。^[12]

北京時(shí)間2022年1月9日消息，迄今為止人類建造的最貴、最強(qiáng)大的紅外波段太空望遠(yuǎn)鏡：詹姆斯?韋布太空望遠(yuǎn)鏡，成功完成了主反射鏡最后一部分的展開(kāi)，并完成鎖定。^[11]

2022年1月消息，美國(guó)航空航天局（NASA）表示，太空碎片肯定將猛烈撞擊詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡，但這都在計(jì)劃之中。^[13]

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2022年1月24日，美國(guó)航天局（NASA）表示，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)抵達(dá)它的目的地——距離地球100萬(wàn)英里的“太空停車場(chǎng)”。^[14]

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2022年2月11日，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)公布了詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡所攝第一顆恒星的圖像以及一張望遠(yuǎn)鏡“自拍照”。^[15]

2022年5月，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的一位負(fù)責(zé)詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(James Webb Space Telescope，縮寫JWST)項(xiàng)目的天文學(xué)家表示，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將于7月中旬為宇宙拍攝“壯觀的彩色圖像”，這將是它首次專門為用于科學(xué)發(fā)現(xiàn)的任務(wù)進(jìn)行觀測(cè)。^[16]

2022年6月29日，美國(guó)宇航局局長(zhǎng)比爾·納爾遜宣布，該機(jī)構(gòu)將于美國(guó)東部時(shí)間7月12日上午10時(shí)30分正式發(fā)布詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡的首批圖像，這是"有史以來(lái)我們宇宙最深的圖像"。^[18]

2022年7月8日，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）發(fā)布了一張由詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的武仙座星系照片，這是有史以來(lái)最深處的宇宙圖像之一，也是NASA計(jì)劃7月12日公布的首批詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡全彩圖像的“預(yù)覽圖”。^[19]

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2022年7月11日，美國(guó)總統(tǒng)拜登通過(guò)社交媒體公布了韋伯空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的首張全彩色圖像。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）表示，這是迄今為止遙遠(yuǎn)宇宙最深、最清晰的紅外圖像。^[20]此外，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡還拍攝了船底座星云、WASP-96b、南環(huán)星云和斯蒂芬五重星系的圖像。^[21]

北京時(shí)間2022年7月20日上午消息，一份最新報(bào)告顯示，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡曾在2022年5月被一塊太空巖石擊中，其受損程度可能比最初預(yù)計(jì)的更加嚴(yán)重。^[22]

2022年7月20日消息，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡可能發(fā)現(xiàn)了宇宙中已知最早的星系，該星系已經(jīng)存在135億年。^[23]

北京時(shí)間2022年7月21日上午消息，一項(xiàng)最新發(fā)現(xiàn)可使美國(guó)宇航局詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡確定地外星球中陸地和海洋的面積比例。^[24]

2022年8月3日，據(jù)參考消息消息，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡透過(guò)時(shí)間和大量塵埃，拍攝到車輪星系的新圖像，以前所未有的清晰度揭示了這個(gè)不斷旋轉(zhuǎn)的彩色圓環(huán)。^[25]

2022年8月22日，據(jù)雅虎新聞（Yahoo News）報(bào)道，美國(guó)國(guó)家航空航天局8月22日公開(kāi)了由韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的近紅外相機(jī)在8月7日拍攝的兩張照片，這兩張照片捕捉到了木星的北極光、南極光以及極地地區(qū)的薄霧。^[27]

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2022年9月11日，美國(guó)國(guó)家航空航天局公布了獵戶座星云內(nèi)部區(qū)域圖像，該圖像由詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡所捕捉到。^[29]

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2022年9月20日，在美國(guó)，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)布了其在2022年9月5日通過(guò)NIRCam儀器拍攝的首張火星紅外圖像。^[30]

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2022年9月29日，NASA公布了哈勃和韋伯太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到的新照片，引發(fā)關(guān)注。^[31]

2022年10月消息，據(jù)最新一期《天體物理學(xué)雜志通訊》刊發(fā)的論文，美國(guó)宇航局（NASA）的超級(jí)太空望遠(yuǎn)鏡詹姆斯·韋伯（JWST）拍到了宇宙第一批恒星，距離地球90億光年，在大爆炸后30億年恒星形成的高峰期誕生。^[32]

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2022年10月12日消息，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）發(fā)布了由韋伯太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到的雙星在太空中形成“指紋”的圖像。這個(gè)罕見(jiàn)的宇宙景象由恒星及其伴星產(chǎn)生的塵埃環(huán)組成。^[33]

當(dāng)?shù)貢r(shí)間2022年10月19日，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）宣布詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡捕捉到了圓柱形星際氣體和塵埃構(gòu)成的天體景象“創(chuàng)生之柱”的詳細(xì)圖像。^[34]

有關(guān)事件

2022年6月9日消息，據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）稱，2022年5月23日至25日，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的一個(gè)主鏡遭受了撞擊，而這次撞擊來(lái)自一顆微隕石。^[17]

2022年8月17日，據(jù)新浪網(wǎng)消息，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡顯著提高了觀測(cè)效果，避免了觀測(cè)中的推斷和不確定性，可使測(cè)量準(zhǔn)確性提高5-10倍。^[26]

2022年9月1日，美國(guó)國(guó)家航空航天局稱，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡首次拍攝到一顆被命名為HIP 65426 b的系外行星。^[28]

鏡面系統(tǒng)

詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡的鏡面系統(tǒng)包括主鏡、次鏡和三鏡。雖然尺寸相對(duì)較小的次鏡和三鏡也都很有特色，但昂貴的主鏡卻是結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的，由許多個(gè)子鏡拼接而成的。

鏡面系統(tǒng)和精密偏轉(zhuǎn)鏡（FSM）是由鮑爾航空航天技術(shù)公司研制的，該公司是諾·格公司“光學(xué)技術(shù)和輕質(zhì)鏡面系統(tǒng)”的主承包商?！绊f伯”的主鏡直徑高達(dá)6.5米，在天基望遠(yuǎn)鏡中絕對(duì)算得上是巨大的。

主鏡的直徑的比發(fā)射它用的火箭更大。主鏡被分割成18塊六角形的鏡片，發(fā)射后這些鏡片會(huì)在高精度的微型馬達(dá)和波面?zhèn)鞲衅鞯目刂葡抡归_(kāi)。但是，此法不會(huì)跟凱克望遠(yuǎn)鏡一樣，不必像地面望遠(yuǎn)鏡那樣必需根據(jù)重力負(fù)荷和風(fēng)力的影響而要按主動(dòng)光學(xué)來(lái)時(shí)常持續(xù)調(diào)整鏡段，故詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡除了初期配置之外將不會(huì)有太多改變。

主鏡的鏡面作為全體也形成六角形，聚光部和鏡面都露在外面，容易讓人聯(lián)想到射電望遠(yuǎn)鏡的天線。另外，它的主體也不呈筒狀，而是在主鏡下展開(kāi)座席狀的遮光板。

鈹鏡襯底使所有子鏡可拼接成傳統(tǒng)意義上的一面鏡子。襯底厚度約為5cm，“前”反射面被高度拋光，“后”面被精密加工成比實(shí)心結(jié)構(gòu)更輕的“蛋架型”結(jié)構(gòu)。

反射面的表面粗糙度小于20nm，鍍上的一層純金薄膜也是為了提高其反射紅外光線的能力。選擇鈹材料是因其極高的剛性和輕質(zhì)特性，在“韋伯”極寒的運(yùn)行溫度下不易發(fā)生形變。

鈹襯底的另一面被安裝在三角形、蛋架型的鈹傳力部件上。每個(gè)傳力部件長(zhǎng)約60cm、寬30cm，可用于分擔(dān)來(lái)自底層結(jié)構(gòu)的負(fù)載，來(lái)減少鏡面失真。

鈹三角構(gòu)架（BDF）是18塊子鏡的主要中間結(jié)構(gòu)，三角形的構(gòu)架寬約76.2cm，連接在作動(dòng)器與反射鏡、襯底或傳力部件之間。

作動(dòng)器是由精密馬達(dá)和齒輪構(gòu)成的精細(xì)結(jié)構(gòu)，用于移動(dòng)和調(diào)整反射鏡表面形狀。作動(dòng)器可使18塊子鏡精確排布，像一面整鏡一樣對(duì)宇宙中的某一物體進(jìn)行會(huì)聚成像。

18塊子鏡各含6臺(tái)用于移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)作動(dòng)器，全部子鏡可利用作動(dòng)器排布成一面巨大的整鏡。另外，每塊子鏡都搭載一臺(tái)特殊的作動(dòng)器，一邊直接連接鏡背面中心，另一邊通過(guò)長(zhǎng)、薄的鈹結(jié)構(gòu)連接鏡邊緣。每臺(tái)作動(dòng)器可使18塊子鏡擁有完全相同的“曲率中心”，確保它們的焦點(diǎn)重合。

這些鏡面作動(dòng)器是“韋伯”眾多新發(fā)明中的一個(gè)。它們能夠通過(guò)納米尺度的微小位移使鏡面具備最佳的光學(xué)性能。另外，這些作動(dòng)器必須在只比絕對(duì)零度高幾十度的極端“制冷”溫度下運(yùn)行。

當(dāng)“韋伯”在太空展開(kāi)并冷卻到運(yùn)行溫度后，地面站的工程師們將向所有作動(dòng)器發(fā)送指令來(lái)調(diào)整所有的鏡面，這一過(guò)程耗時(shí)兩個(gè)月。隨后，一旦“韋伯”開(kāi)始全面運(yùn)行并進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)，每10到14天就要進(jìn)行一次鏡面調(diào)校工作。借助這項(xiàng)新技術(shù)，“韋伯”將成為首臺(tái)采用主動(dòng)控制拼接主鏡的天基天文臺(tái)。

底板接口柔性部件（BIF）接口將主鏡連接到望遠(yuǎn)鏡底板上，該底板支撐主鏡全部的18塊子鏡。精密加工而成的柔性部件像精致的彈簧一樣，可承受從室溫到零下190度的溫度變化引起的熱脹冷縮。

除了這些連接到底板上的，每塊子鏡上的還有很多這種柔性部件。

遮陽(yáng)裝置

詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的遮陽(yáng)裝置的SPF值達(dá)到100萬(wàn)，能夠隔絕任何可疑的外部熱源，保證望遠(yuǎn)鏡能獲得冷靜的觀測(cè)環(huán)境。美國(guó)宇航局的工程師已經(jīng)展開(kāi)了詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的巨型遮陽(yáng)裝置的測(cè)試，進(jìn)展順利。

巨型遮陽(yáng)裝置面積非常大，接近一個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)的大小，還有多層結(jié)構(gòu)，美國(guó)宇航局在位于加利福尼亞州諾斯羅普格魯門公司的潔凈室中進(jìn)行了展開(kāi)測(cè)試。巨型遮陽(yáng)裝置不僅需要把太陽(yáng)光擋在身后，還要有非常精確的定位裝置，望遠(yuǎn)鏡上的所有組件都會(huì)安裝在巨型遮陽(yáng)裝置上，盡可能降低太陽(yáng)光對(duì)觀測(cè)的影響。來(lái)自美國(guó)宇航局戈達(dá)德中心的研究人員威廉·奧克斯認(rèn)為，巨型遮陽(yáng)裝置為五層結(jié)構(gòu)，像一把巨大的遮陽(yáng)扇，可隔絕來(lái)自太陽(yáng)的熱量傳遞。

承擔(dān)任務(wù)

詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的主要的任務(wù)是調(diào)查作為大爆炸理論的殘余紅外線證據(jù)（宇宙微波背景輻射），即觀測(cè)今天可見(jiàn)宇宙的初期狀態(tài)。為達(dá)成此目的，它配備了高敏度紅外線傳感器、光譜器等。為便于觀測(cè)，機(jī)體要能承受極限低溫，也要避開(kāi)太陽(yáng)和地球的光等等。為此，詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡附帶了可折疊的遮光板，以屏蔽會(huì)成為干擾的光源。因其處于拉格朗日點(diǎn)，地球和太陽(yáng)在望遠(yuǎn)鏡的視界總處于一樣的相對(duì)位置，不用頻繁的修正位置也能讓遮光板確實(shí)的發(fā)揮功效。

正體參數(shù)

所屬機(jī)構(gòu) :NASA、ESA、CSA

波段: 紅外線

軌道高度: 150萬(wàn)千米（第二拉格朗日點(diǎn)）

軌道周期: 1年

預(yù)定發(fā)射時(shí)間: 2018年

落下時(shí)期: 2016年 - 2021年

質(zhì)量: 6,200千克

別名: 新一代太空望遠(yuǎn)鏡（Next Generation Space Telescope，NGST）

詹姆斯-韋伯(3張)

光學(xué)系統(tǒng)

形式: 屈光式、牛頓式

口徑: 6.5米

聚光面積: 約25米

觀測(cè)裝置

NIRCam 近紅外照相機(jī)

NIRSpec 近紅外攝譜儀

MIR 中紅外裝置

FGS 精細(xì)導(dǎo)星傳感器

研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)

韋伯望遠(yuǎn)鏡作為美國(guó)宇航局史上最復(fù)雜的項(xiàng)目之一，其風(fēng)險(xiǎn)是巨大的，和“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”不一樣的是，“詹姆斯-韋伯”因?yàn)榫嚯x地球太遙遠(yuǎn)無(wú)法派宇航員進(jìn)行維修保養(yǎng)，所以它的設(shè)計(jì)制造必須完美無(wú)缺，否則將功虧一簣！未來(lái)的系統(tǒng)集成測(cè)試中還可能發(fā)現(xiàn)未知問(wèn)題，一旦測(cè)試遇到困難，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)射被推遲。如果韋伯望遠(yuǎn)鏡能夠順利進(jìn)入軌道服役，可展示其強(qiáng)大的觀測(cè)能力。