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詹姆斯·韋伯太空望遠鏡

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詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope,縮寫JWST)是計劃中的紅外線觀測用太空望遠鏡。作為將於2010年結束觀測活動的哈勃太空望遠鏡的後續機,原計劃於2011年發射升空,但因哈勃太空望遠鏡的修補等延命措施的效果,故發射改期為2018年。系歐洲空間局(ESA)和美國宇航局(NASA)的共用計劃,放置於太陽─地球的第二拉格朗日點。

1 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 -簡介

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡詹姆斯·韋伯太空望遠鏡

韋伯是世界上的新一代太空望遠鏡,同時還是哈勃太空望遠鏡的繼任者。詹姆斯·韋伯太空望遠鏡不像哈勃空間望遠鏡那樣是圍繞地球上空旋轉,而是飄蕩在從地球到太陽的背面的150萬千米的空間。此項目曾經稱為「新一代太空望遠鏡」(Next Generation Space Telescope),2002年以美國宇航局第二任局長詹姆斯·韋伯的名字命名。1961年至1968年詹姆斯·韋伯擔任美國宇航局(NASA)領導人時美國的航天事業掀開了新的篇章,其中包括探測月球和「阿波羅」登月計劃等。

韋伯是迄今為止人類建造的最強大的太空望遠鏡,有望提供最早星系形成時的照片,探索遙遠恆星周圍的行星。這是美國宇航局、歐洲航天局和加拿大太空局的合作項目。

韋伯太空望遠鏡預計2018年10月發射升空。

2 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 -任務

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡

詹姆斯韋伯太空望遠鏡的主要的任務是調查作為大爆炸理論的殘餘紅外線證據(宇宙微波背景輻射),即觀測今天可見宇宙的初期狀態。為達成此目的,它配備了高敏度紅外線感測器、光譜器等。為便於觀測,機體要能承受極限低溫,也要避開太陽和地球的光等等。為此,詹姆斯韋伯太空望遠鏡附帶了可摺疊的遮光板,以屏蔽會成為干擾的光源。因其處於拉格朗日點,地球和太陽在望遠鏡的視界總處於一樣的相對位置,不用頻繁的修正位置也能讓遮光板確實的發揮功效。

3 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 -位置

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡詹姆斯·韋伯太空望遠鏡

哈勃太空望遠鏡位於從地表大約600千米的較低的軌道位置上。因此,即使光學儀器發生故障也有可以用太空梭來修理。詹姆斯韋伯太空望遠鏡位於離地球150萬千米的距離,即使出了故障也不可能頻繁派遣修理人員。但是它位於第二拉格朗日點上,重力相對穩定,故相對於鄰近天體來說可以保持不變的位置,不用頻繁地進行位置修正,可以更穩定的進行觀測,而且還不會受到地球附近灰塵的影響。

4 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 -構造特點

2011年9月20日,首批完成鍍膜工藝的6片鏡面,它們現在正在宇航局馬歇爾空間飛行中心準備接受超低溫性能測試。2011年9月20日,首批完成鍍膜工藝的6片鏡面,它們現在正在宇航局馬歇爾空間飛行中心準備接受超低溫性能測試。

同「哈勃」相比,「詹姆斯·韋伯」更大、更精密,能勘測到更遠的太空。它口徑是哈勃太空望遠鏡的三倍,但質量只有哈勃的三分之一左右。有趣的是,它是一架沒有鏡筒的望遠鏡。

詹姆斯韋伯太空望遠鏡(JWST)體態碩大無比,其多層遮陽板的長度將達22米,幾乎是哈勃太空望遠鏡的兩倍。為了能把它裝進阿麗亞娜5號重型運載火箭頂端的空氣動力載荷艙,詹姆斯韋伯望遠鏡的遮陽板和6.5米直徑的鏡頭都將被精心摺疊。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡由21塊鏡子組成,18塊六角形的鏡片組成一個直徑達21.3英尺(約6.5米)的主鏡。每一個鏡片已經在零下387華氏度(233攝氏度)的低溫下進行了成功測試。

詹姆斯韋伯太空望遠鏡是一套紅外線觀測系統,設計它是為了尋求個頭不大且發光微弱的天體,例如距離我們比較近的太陽系外行星。其捕捉方式是探測極其遙遠的天體排放出的熱量。這些天體發出的光已經被拉伸或紅移,從可見光或紫外線變成了波長更大的紅外線。為了降噪,詹姆斯韋伯太空望遠鏡用五塊鍍鋁高分子薄膜遮陽板隔絕來自太陽的紅外線輻射干擾。

5 詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 -測試

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡安放在戈達德空間飛行中心等待接受測試的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡

工程師們用特製的隔熱材料將光學望遠鏡模擬器設備包裹起來,從而幫助它在超低溫實驗時進行溫控,這種超低溫測試將會模擬外太空的極端低溫環境,這種環境將是望遠鏡建成發射之後的工作環境,詹姆斯·韋伯望遠鏡最終將在距離地球超過100萬英里(約合160萬公里)的寒冷空間開展觀測工作。

這些金黃色的隔熱材料是由鍍鋁聚醯亞胺製成的,這種材料在非常大的溫度範圍內都可以保持穩定。而在這個下方,那些銀色和黑色的管路則是一套低溫板,它們包裹著光學望遠鏡模擬器(OSIM)的光學設備。在測試期間,隨著液氮不斷流入隔熱艙內焊接在牆壁上的各條管路,以及包裹著OSIM光學設備的銀色擋板內的管路,光學望遠鏡模擬器的溫度將被降低至-173攝氏度。這些低溫板將讓光學望遠鏡模擬器的光學期間保持非常低的溫度,而那些被鍍鋁聚醯亞胺材料包裹的部分則仍然可以保持溫暖。要用這些隔熱材料包裹的另一項原因是防止光學望遠鏡模擬器的光學設備遭受不必要的紅外光照射。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡覆蓋0.12盎司黃金的主鏡面

截至2012年9月,該望遠鏡的主鏡面已經於美國宇航局馬紹爾空間飛行中心進行低溫環境測試,18個鈹材料打造的主鏡面中兩個已經完成,剩餘的16塊鏡面將從科羅拉多州博爾德運往戈達德空間飛行中心,主鏡面將於2015年組裝完成,最終在2018年10月發射入軌。韋伯望遠鏡將是第一個使用分段組合式鏡面結構的空間望遠鏡,18個六角形的鏡面每個都超過了1.3米寬,輕量化后重量大約為40公斤,或88磅。

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