天文学的又一次进步,詹姆斯韦伯将如何引导我们洞察宇宙与科学

发布网友发布时间：2024-01-28 05:35

共1个回答

热心网友时间：2024-01-29 23:44

宇宙与科学在人类文明时代以来一直是相辅相成，而我们对宇宙的追求从未停止过，从年少时的星河梦想到成年时的太空愿望，从古代的星象“启示”到现代天文学观测，时间不同，我们理解宇宙的方式也不同。那么我们为什么要执着探索宇宙呢？其实人类对宇宙的向往与对科学的向往是密不可分的，探索宇宙与探索科学也是人类对未来的一种期待。

30年前，哈勃太空望远镜升空，它改变了我们对宇宙的看法，就好像我们第一次用显微镜观察微观世界一样，宏观宇宙的每一个角落都值得我们仔细观赏与研究。恒星，星系甚至是宇宙中的超巨大结构，无一不诉说着宇宙的神奇。不同的时代会诞生不同的天文观测方式，不同的时代也会有不同的太空望远镜，太空望远镜是人类观察宇宙最主要的方式之一。

宇宙实在太广袤，太复杂了，我们需要更加先进的太空望远镜才可能揭开宇宙的奥秘。在过去，哈勃太空望远镜为我们带来了无数关于宇宙的答案，但是相比答案，天文学家们遇到的问题更多。面对宇宙，人类反而更加疑惑了。现在，多领域融合是未来科学的一个趋势，人工智能，神经网络模型和天文学完美的融合在了一起，天文学家们可以进行一些超级计算模拟实验，进一步了解宇宙结构与宇宙的演化。不过有一点需要注意，那就是这些模型需要正确的数据才能保证其结论正确。

这时，哈勃的继任者来了，它就是詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST），詹姆斯韦伯太空望远镜有望在宇宙演化与星系等结构起源方面取得重要突破。那么我们有了哈勃太空望远镜，为什么还需要JWST呢？哈勃在轨30年，虽然经过多次修缮任务，但是其本身一些系统已经休眠了，而且它的硬件也无法跟上未来天文观测领域的脚步了，所以天文学家们建造了詹姆斯韦伯。

还有一个最关键的，那就是詹姆斯韦伯的优势，相比于哈勃，JWST将是一台具有6.5米主镜的大型红外望远镜，而哈勃主镜直径是2.4米，这也就意味着JWST所收集的光至少是哈勃的5倍，可以观测到更远和更暗的星系。JWST的第二个优势是其出色的*能力，非常适合研究遥远星系恒星形成区域隐藏的行星。为了优化其红外能力，工程师们还分别在18片镜面上进行了镀金处理。

JWST将继承哈勃的研究成果继续探索宇宙，JWST还将为我们提供前所未有的视野，以了解宇宙135亿甚至136亿年前第一批恒星和星系是如何形成的。JWST还将帮助天文学家们研究行星大气中各种分子的光谱，从而增进我们对这些系外行星的理解。宇宙中只有一个地球吗？也许JWST可以带给我们答案。

除了其出色的红外能力，JWST本身的科学仪器也代表了太空望远镜制造工艺的进步。哈勃是单体望远镜，只有一个主镜，而JWST有18个六边形镜组成一个主镜，只是制造这18片分镜就需要四年六个月的时间。除此之外，工程师们还需要在地面测试台上演示特殊算法，通过微米级的变形让18个分镜可以更好的聚光。之后工程师们还需要对分镜进行逐个测试，整合然后测试主镜的整体性能。

到这里我们还只说了主镜，其实运行JWST还需要极其严苛的条件。JWST必须在大约零下230摄氏度的温度下才能工作，因为JWST是一个红外望远镜，科学仪器的红外辐射不能压过被观察星体的微弱光谱信号。所以未来JWST将在第二拉格朗日点工作，距离地球有150万公里，这也是为了远离太阳。

这么说来，JWST还是一个怕热的太空望远镜，为了让JWST温度保持在零下230摄氏度，工程师们还为JWST安装了五层遮光罩。为什么遮光罩是五层而不是一层呢？其实中部的空余区可以给热量以缓冲时间，配合每一层表面的特殊涂层，可以保证最内层温度低于零下214摄氏度，最外层温度低于零下110摄氏度。

有了足够的运行环境和复合式主镜，评价一个好的太空望远镜项目还有一个标准，那就是它的科学仪器。首先我们要介绍MIRI中红外仪器，这是JWST上唯一能够观察中红外光光谱的仪器。它具有空前的灵敏度，比任何现有的中红外太空望远镜高几个数量级。而近红外光谱仪NIRSpec也可以发挥不同的作用，NIRSpec可以研究遥远星系中恒星形成的化学丰度，追溯其大气化学元素的产生。

除此之外JWST还有另外两套科学仪器，分别是近红外摄像机NIRCam和无狭缝光谱仪NIRISS。我们先来看NIRCam，它可以成像和研究遥远宇宙中微弱物体的星光，NIRCam还可以检测由于暗物质引起的引力透镜现象。第四套科学仪器是无狭缝光谱仪NIRISS。NIRISS拥有无缝隙光谱模式，在这个模式下它可以获取大视野内所有物体的光谱，也就是我们经常说到的宇宙超深场的类似照片。

其实单独讲解这四套科学仪器如何协同工作，洞察宇宙奥秘就可以讲好一段时间，不过其实科学仪器也只是JWST的一部分。纵观整个JWST，为了能够稳定并协同四套科学仪器指向星系，JWST还配备了精细制导传感器和更多的子系统等等，这使得JWST的指向功能可以精确到头发的1万分之1。

在2021年，科学家们将使用阿丽亚娜五号火箭运载JWST，阿丽亚娜五号火箭是世界上最安全的火箭之一。不过由于JWST的主镜直径太大，所以JWST在发射之前还需要进行折叠，折叠之后的JWST才可以发射。到达第二拉格朗日点之后，JWST还需要一个月的时间才可以打开。这一个月令人激动，因为等了这么多年了，就剩下这一个月了。

JWST可以帮助我们观察银河系的恒星形成区域，还可以洞察宇宙深处诞生的第一批恒星和星系发出的光，JWST也许还可以揭秘现代宇宙学理论最重要的问题——暗物质与暗能量，这些科学数据都将改变人类的宇宙观。看到哈勃与詹姆斯韦伯太空望远镜，我总是感叹科学技术的进步，我们从未停止探索宇宙，但是随着科学技术的进步，我们探索的方式也总是在发生着变化。

詹姆斯韦伯太空望远镜会成为天文观测历史的一颗启明星，像哈勃太空望远镜一样，永远在未来的宇宙与科学中等待人类去探索与发现。

接下来是几张照片，我们可以通过照片，进一步了解詹姆斯韦伯：