“韋布”啟程 只是給人類好奇心一個(gè)交代？

文／本刊記者 史 詩(shī)

隨著發(fā)射場(chǎng)天氣逐漸向好，火箭終于被推出總裝廠房，前往發(fā)射臺(tái)加注燃料，靜待發(fā)射。

2021年12月25日，美國(guó)宇航局（NASA）的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（下稱“韋布空間望遠(yuǎn)鏡”）成功搭乘歐洲航天局（ESA）的阿麗亞娜5號(hào)火箭，從法屬圭亞那基地進(jìn)入圣誕節(jié)早晨的天空。

據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局介紹，韋布空間望遠(yuǎn)鏡是該機(jī)構(gòu)迄今建造的最大、功能最強(qiáng)的空間望遠(yuǎn)鏡。在完成344個(gè)關(guān)鍵的預(yù)定動(dòng)作之后，從觀察宇宙第一批恒星和星系發(fā)出的光開始，去幫助人類理解行星系統(tǒng)的產(chǎn)生，探尋一個(gè)更隱秘的世界。

稱職的“繼任者”

這次，韋布空間望遠(yuǎn)鏡將用一個(gè)月的時(shí)間飛往160萬公里外的目的地，并在5個(gè)月后正式上崗。

此前，人類尚在使用的空間望遠(yuǎn)鏡是1990年4月發(fā)射的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡。在距離地球表面540公里大氣層之上，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡一度擴(kuò)展了人類對(duì)于恒星的起源與死亡、星系形成、黑洞等重要科學(xué)問題的認(rèn)識(shí)，也加深了人類對(duì)“大爆炸”以來宇宙變化的理解。

哈勃空間望遠(yuǎn)鏡表現(xiàn)如此出色，為什么還要把韋布送上天？

簡(jiǎn)單來說，NASA和ESA等機(jī)構(gòu)花了30年時(shí)間和近百億美元，就是為了能把宇宙看得更清楚一些。

“與哈勃相比，韋布空間望遠(yuǎn)鏡鏡面更大，直徑達(dá)6.5米，遠(yuǎn)長(zhǎng)于哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的2.4米。鏡面大決定其收集光線的能力更強(qiáng)。”中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員李然告訴科普時(shí)報(bào)記者，不同于哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的紫外光學(xué)和近紅外波段觀測(cè)，韋布空間望遠(yuǎn)鏡能夠在中紅外波段觀測(cè)。

也就是說，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡收集的是可見光和紫外光。而韋布空間望遠(yuǎn)鏡能收集到更遠(yuǎn)的紅外光。李然解釋說，“宇宙最早的一批星系發(fā)出的光已經(jīng)到了紅外波段，韋布空間望遠(yuǎn)鏡將得以窺見宇宙的‘第一縷光’。”。

李然還表示，隨著宇宙持續(xù)膨脹，這批早期發(fā)光天體發(fā)出的紫外光和可見光朝光譜的紅端移動(dòng)，波長(zhǎng)變長(zhǎng)，產(chǎn)生紅移現(xiàn)象，最終以紅外光的方式抵達(dá)近地空間。韋布空間望遠(yuǎn)鏡能夠捕捉到這些紅外光子。

此外，韋布空間望遠(yuǎn)鏡最終到達(dá)的特殊軌道，將使它與地球時(shí)刻保持一致，同時(shí)環(huán)繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)。相比之下，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡可要每90分鐘進(jìn)出一次地球的陰影。

欲窮萬里目

可別再說韋布空間望遠(yuǎn)鏡是來巡天的了。雖然人類很想探究宇宙的兩大謎團(tuán)——暗物質(zhì)和暗能量，但韋布真的不想干這活兒。

李然說：“韋布空間望遠(yuǎn)鏡是一個(gè)通用型望遠(yuǎn)鏡，他的觀測(cè)目標(biāo)是由全世界的科學(xué)家們所提交的。委員會(huì)根據(jù)這些觀測(cè)建議篩選出最有價(jià)值的內(nèi)容，列入韋布空間望遠(yuǎn)鏡的工作計(jì)劃?！?/p>

韋布空間望遠(yuǎn)鏡的科研探索工作是由綜合科學(xué)儀器模塊承擔(dān)，一共由4款主要儀器組成，分別是近紅外相機(jī)、近紅外光譜儀、精細(xì)制導(dǎo)傳感器/近紅外成像無縫隙光譜儀、中紅外儀。這些儀器將主要用于捕獲圖像或光譜學(xué)，并將光分解成不同的波長(zhǎng)以確定物理和化學(xué)成分。

李然還談到，韋布空間望遠(yuǎn)鏡還能探測(cè)系外行星大氣的譜線，分析大氣中是否存在水、二氧化碳等成分。關(guān)于地球之外是否還有生命的問題，它或許可以提供一些線索。

天還是要巡的

雖然韋布空間望遠(yuǎn)鏡沒有巡天任務(wù)，但不可否認(rèn)的是，地球已經(jīng)無法承載人類的好奇心，巡天迎來黃金時(shí)代。

巡天任務(wù)的一個(gè)通俗的理解就是，我們想要看到“看不到的東西”。2020年，俄羅斯和德國(guó)已經(jīng)發(fā)射的Spektr-RG衛(wèi)星搭載的eROSITA太空望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到13個(gè)新的潮汐干擾事件，為科學(xué)家們進(jìn)一步揭秘超大質(zhì)量黑洞的形成和演化提供了幫助；歐洲航天局計(jì)劃于2022年發(fā)射歐幾里得太空望遠(yuǎn)鏡，填補(bǔ)現(xiàn)有對(duì)宇宙暗能量觀測(cè)的不足。

不久的將來，中國(guó)空間巡天望遠(yuǎn)鏡也會(huì)開啟萬里長(zhǎng)征第一步，還將和中國(guó)空間站在同一軌道上飛行。

“該望遠(yuǎn)鏡保持了2米大小的鏡面口徑，其先進(jìn)的設(shè)計(jì)決定了要比哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的視場(chǎng)寬廣300倍左右?！崩钊贿M(jìn)一步解釋，雖然哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖片非常精美，但卻只拍到宇宙天空很小一部分。中國(guó)空間巡天望遠(yuǎn)鏡將在工作壽命期內(nèi)，完成超過三分之一宇宙天空的拍攝任務(wù)。

初步規(guī)劃，中國(guó)空間巡天望遠(yuǎn)鏡的壽命預(yù)計(jì)為10年。10年中，除了完成主巡天任務(wù)，也將利用部分時(shí)間開展多樣化的天體精細(xì)觀測(cè)研究。因此，中國(guó)巡天空間望遠(yuǎn)鏡配備了新型后端天文儀器。比如星冕儀，能以極高的靈敏度接收太陽(yáng)系以外的大型行星反射其主恒星的微弱光線；還包括新型積分場(chǎng)光譜儀可以進(jìn)一步刻畫遙遠(yuǎn)星系的精細(xì)結(jié)構(gòu)。

如李然所說，未來宇宙中，中國(guó)人造的巡天空間望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡將作為世界旗艦級(jí)天文設(shè)施工作。對(duì)人類而言，宇宙神秘一直在，好奇心就值得乘著科學(xué)的“翅膀”駛向更遠(yuǎn)的深空。