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• 发布时间：2026-04-30 01:17:09
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日前，一批非凡的照片吸引了人们的眼光：竹苞松茂的船底座星云、 南天指环 星云、 斯蒂芬五重奏 星系、SMACS 0723星系团深场 这些璀璨醒目照片暗地里的元勋，是人类迄今为止最为进步前辈的空间天文装备 詹姆斯 韦布空间千里镜。

韦布是甚么？

一台巨年夜的 宇宙相机

第一次看到詹姆斯 韦布空间千里镜（JWST，如下简称韦布）的人，或许会感应十分不测 抛开巨年夜的体积不谈，它金黄色的巨年夜面板棱角分明，还有连着一摞奇形怪状的紫粉色薄膜，好像及日常平凡咱们接触的千里镜相去甚远。

实在，韦布就像一台 宇宙相机 ：主镜、副镜等相称在没有镜筒的 镜头 ，而其他部门则相称在 机身 。金色的六边形面板是它的主反射镜，它的直径为6.5米，由18个六边形子镜拼接而成。之以是要设计成拼接的情势，是由于它其实太年夜，必需折叠后才能放入火箭的舱室内。

云云巨年夜的镜面，恰是韦布的科学大志地点。光学定律告诉咱们，千里镜的口径越年夜，捕捉光子的效率就越高。天体发射的光子似乎滂湃年夜雨中的雨滴，而更年夜的千里镜口径就比如用更年夜的水桶去接雨水，于短期内就能够孕育发生较高亮度的图象，从而瞥三木SEO-见那些遥远而黯淡的天体。除了此以外，更年夜口径的镜面还有拥有更高的分辩率，获得的图象更清楚。如许一来，咱们拍到的天体就有越发富厚的细节。

完成一场 太空折纸 ，其实不是一件轻易的事。韦布的每一个子镜都由金属铍建造而成，轻快、结实；又镀了一层极薄的黄金，既有用地反射红外光，又不容易变患上昏暗。此外，每一一壁子镜均可以自由地转变曲率及指向。颠末校准之后，它们会配合构成一个巨年夜的抛物面，将星光聚拢到副镜上。为了合成完善的抛物面，于太空中睁开后，微型机械马达必需将各个子镜无缝对于齐，偏差不克不及跨越头发丝直径的万分之一，其难度可想而知。

颠末层层反射后，星光进入主镜中心启齿后方的 科学仪器模块 中，于那里获得进一步的转换及处置惩罚。韦布共携带四台终端科学仪器，它们别离是中红外仪器（MIRI）、近红皮毛机（NIRCam）、近红外成像仪及无缝光谱仪（NIRISS）、近红外光谱仪（NIRSpec）。此中，中红外仪器可以于5～28微米的波长规模内事情，而近红外的三台仪器则于约0.6～5微米的波长规模内事情。比拟较而言，人眼看到的光芒波长规模约莫仅于0.4～0.8微米规模，要局限患上多。

像平凡相机同样，中红外仪器、近红皮毛机均可以拍摄图象，但它们的敏捷度可比贸易相机甚至军用卫星高多了。它们能探测到低至几纳央斯基的流量，假定把一盏儿童睡觉时开的床头夜灯放到月球上，从地面上看去，它的亮度都要比韦布的探测极限高二十倍！

于达到相机底片以前，星光还有会颠末滤光轮，轮上安着十余种差别的滤光片。这些滤光片各自答应特定波长规模的光芒经由过程，可以按照电脑指令动弹到底片前方。如许一来，天文学家拍摄的每一一张图片，就只反应天体于特定波长规模内的辐射环境。于差别滤镜下拍摄照片，就能得悉天体于各个波长的辐射漫衍，从而揣度出天体的性子。将差别滤镜的照片于计较机里别离付与单一颜色，再叠加起来，就获得了咱们常看到的色采斑斓的天文照片。此外，韦布还有配备了星冕仪。它可以遮挡敞亮的天体，从而让天体周围暗弱的配景闪现出来。

但除了了拍摄图象，天文学家更翘首以盼的，是用韦布获得天体的光谱信息。太阳光如许的多色光颠末年夜气层中的水汽散射后，会孕育发生灿艳的彩虹。光的能量根据波长（或者频率）的这类漫衍就叫作光谱。韦布的四台仪器均可以举行光谱拍摄。原子、份子接收或者发射特定波长的光，会于光谱上有所反应。经由过程光谱，咱们可以知道天体的类型、速率、间隔、身分等主要信息，从而画出宇宙中天体的 三维舆图 。

为什么耗资88亿美元？

确保韦布拍出最佳的照片

2021年12月，韦布千里镜搭乘着阿丽亚娜5号火箭，于法属圭亚那的发射场升空。

这是一场迟到了14年的赴约。早于哈勃空间千里镜（HST，如下简称哈勃）发射之前，天文学家就最先思量制作更强盛的太空千里镜，称作 下一代空间千里镜（NGST） 。最初的规划仅仅是破费5亿美元，制作一台8米口径的千里镜，并在2007年发射。然而，项目几回再三扩增及延期。到韦布千里镜终极发射时，总投资已经经跨越100亿美元。

韦布延期重要是出在安全方面的思量。空间千里镜出妨碍的先例不乏其人。例如1990年哈勃发射后，天文学家就震动地发明，它拍摄的图象都很恍惚：本来是镜片磨制的外形出了过错，没措施正确地聚焦光芒！直到1993年，航天员驾驶航天飞机到太空中，为哈勃加装了一台 近视眼镜 ，成像才恢复正常。哈勃缭绕着近地轨道运行，出了错还有可以调停；但韦布于地球及太阳的第二拉格朗日点四周运行，绕着太阳公转，离地球足足有150万千米，是月球到地球间隔的四倍。万一韦布呈现了妨碍，于它整个 有生之年 内（预期寿命将跨越十年），人类都没法亲自维修。是以，团队必需于地面上重复查验，确保满有把握。

为何要把千里镜发射到这么远的间隔上？进入太空的利益显而易见：再也不有白日黑夜的限定，没有阴雨气候影响，防止了年夜气层接收及折射星光 但地球不时刻刻披发着年夜致相称在室温的热量，会让近地轨道上的航天器温度上升。对于在韦布如许的红外探测器来讲，是很年夜的滋扰。

一切物体城市发出红外线。新冠肺炎疫情以来，咱们或许已经经习气在见到本身于红外照片里的样子了 大众场合的体温成像仪恰是红皮毛机最多见的运用。人领会发出红外线，太阳、地球、遥远的恒星及星系也是云云。更奇奥的是，红外线还有可以或许穿透掩蔽物。于星系中洋溢着年夜量微粒，称为 星际灰尘 ，会拦截紫外线及可见光，红外线却流通无阻。是以，用红外线不雅测灰尘区有患上天独厚的上风，能看到灰尘暗地里发光的天体。

除了此以外，那些极为遥远的星系及星系际介质，发出的光会发生所谓的 红移 。多普勒效应告诉咱们，物体一旦及不雅测者相违而行，不雅测者看到的波长就会变长。而根据宇宙膨胀理论，遥远的天体都是于阔别咱们的。如许一来，它们的辐射就会总体向光谱的红端挪动。天体越远，阔别咱们的速率就越快，红移也就越年夜。而于遥远的星系中，有很年夜一部门的能量原来是于可见光波段发出的。颠末红移以后，这部门能量正好位在韦布探测的红外波段，是以，韦布也极其合适探测那些最为遥远的天体。

可是，韦布千里镜究竟处于太阳系中，免不了受太阳照射。假如镜身温度过高，自身孕育发生的红外线也会滋扰不雅测。为此，韦布配备了被动及自动两种降温方式。

于朝向太阳的标的目的，韦布撑起了一把 遮阳伞 网球场同样年夜的聚酰亚胺薄膜。这类质料不足一毫米厚，不仅轻巧，并且还有能蒙受很年夜的温差。薄膜共有五层，每一层上面都镀了铝，能很好地反射并阻遏热量。于面朝太阳的前两层上，还有尤其笼罩了粉红色的掺杂硅涂层，散热效率年夜年夜提高。

于薄膜朝向太阳的一壁，温度高达110摄氏度；而颠末五层薄膜的阻隔，违向太阳的一壁足足降到了零下230摄氏度如下。咱们经常使用的护肤霜或者遮阳伞 防晒指数 不外50摆布，但韦布的遮阳伞 防晒指数 足足到达了100万，象征着只有百万分之一的 丧家之犬 。

不外，科学仪器模块中的仪器对于温度极为敏感，仅靠被动冷倒是不敷的。例如中红外仪器需要于零下266摄氏度才能正常事情（仅比绝对于零度高了7度），这时候就需要 低温冷却器 登场了。除了了进步前辈的冷却机制外，它或许还有是世界上最 静音 的冰箱 由于哪怕一点点振动，城市造成灾害般的图象恍惚。

韦布要做甚么？

加深人们对于宇宙的理解

作为人类最昂贵、最年夜、开始进的空间千里镜，韦布的重要任务被归类为四个范畴：宇宙曙光与再电离、差别期间的星系、恒星与原行星体系降生、行星体系与生命发源。

起首，红外波段合适不雅测那些遥远的天体，韦布的一项主要使命就是相识宇宙的初期汗青。光速是有限的，光芒穿过遥远的间隔需要时间。太阳光需要8分钟才能抵达地球，以是咱们于地球上看到的是8分钟前的太阳；近邻星系发出的光芒需要万万年才能抵达太阳系，咱们看到的也是它们万万年前的样子。从这个意义上来讲，宇宙就像一座时间展览馆：咱们看患上越远，看到的展品就越古老。

咱们日常平凡不雅测的近邻星系，红移基本都于0.1如下；红移2到3，就被天文学家称作是高红移星系，已经经相称难以探测了。而韦布估计将看到红移靠近20的初代星系，它们极为遥远，韦布不雅测到的光，是宇宙才方才降生不到2亿年的时辰发出的。于韦布发布的第一批数据里，天文学家就已经经探测到红移10摆布的星系了。更深场的积分甚至有望追溯到宇宙再电离期间，那是宇宙中的第一缕曙光。

其次，韦布可以或许直接看到星系中那些降生恒星的巨年夜灰尘云，而这些云对于哈勃等光学千里镜而言是不透明的。包括太阳于内的恒星，恰是由如许的星云坍缩形成，但其详细历程咱们却还有未搞懂。不仅云云，韦布甚至能直接看到行星形成历程中存于的原行星盘，从而让咱们越发相识原始行星系的形成。

再次，韦布拥有惊人的分辩率及敏捷度，那末当它凝视那些较近的星系时，势必展现出细节异样富厚的形态及光谱信息。咱们已经经知道，星系分为若干类型，它们的构成身分差别，相互之间也存于着演化瓜葛。经由过程巡天得到年夜量星系数据，韦布有望回覆一系列要害问题，例如黑洞怎样影响宿主星系、星系的形态是怎么孕育发生的、化学元素于星系中怎样漫衍

末了，太空中是否有其他生命也是韦布的存眷点。当系生手星从母星前颠末时，年夜气层中特定的元素将会接收母星发出的光。韦布探测到这类接收光谱，即可以得悉系生手星的年夜气身分。于发布的首批照片中，天文学家已经经证实了一颗系生手星中具备水份子。有朝一日，咱们也许会于系生手星年夜气中探测到更多 生物印记 例如甲烷、氧气等，它们表示着地外生命存于的可能性。韦布还有将查询拜访太阳系内的天体：彗星、小行星、冰卫星等 认识了咱们的 邻人 ，咱们对于本身的发源也会有更深的理解。

与韦布同期，中国的空间天文事业也于蓬勃成长。 悟空 号暗物资粒子探测卫星、 慧眼 硬X射线调制千里镜卫星等取患了优秀结果，中国空间站工程巡天千里镜、爱因斯坦探针卫星等一批进步前辈装备也正于操持中。然而，咱们至今还有没有本身的红外天文卫星，于天文仪器研发的人材贮备、红外探测器的工艺，以和设计决议计划等层面，也都还有有必然差距。

假如将宇宙比作一座宝库，韦布的首批照片只不外是站于年夜门口的一瞥。于接下来的太空之旅中，韦布势必向人类展示宇宙的更多至宝。咱们也更但愿有朝一日能看到中国本身的红外空间千里镜飞翔天涯，向太空投去属在咱们的眼光。

（作者：刘丰源，系中国科学院国度天文台硕士研究生）

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