人類仰望星空，其實都想看得更遠(yuǎn)，人類的好奇心是偉大的，它帶領(lǐng)我們前赴后繼地探尋宇宙起源、生命起源的真諦。以下是范文社網(wǎng)小編為大家整理的韋布接棒哈勃人類最強(qiáng)空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射成功相關(guān)參考資料，希望能幫助到大家，歡迎你的閱讀。
北京時間2021年12月25日20時20分，一枚阿麗亞娜-5（Ariane-5）運載火箭從法屬圭亞那庫魯航天發(fā)射場發(fā)射升空。此次任務(wù)的載荷便是匯聚了全球天文學(xué)界共同期待、號稱人類最強(qiáng)空間望遠(yuǎn)鏡、“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡的繼任者—詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡！
詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope，JWST，采用新華社中文譯名，以下簡稱Webb望遠(yuǎn)鏡），是一個大型的紅外太空望遠(yuǎn)鏡，將是1990年發(fā)射的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（Hubble Space Telescope，HST）的繼任者。整個項目由美國航空航天局NASA主導(dǎo)，歐洲航天局ESA和加拿大航天局CSA共同參與開發(fā)。
Webb太空望遠(yuǎn)鏡
Webb望遠(yuǎn)鏡將通過其巨大的主鏡收集來自宇宙深處微弱的紅外光，尋找宇宙早期形成的第一個星系，探索宇宙起源與演化，將宇宙大爆炸與我們所在的銀河系聯(lián)系起來。
“James Webb”的名字來源于NASA第二任局長James Edwin Webb（詹姆斯·埃德溫·韋布，1961-1968年在任），他曾領(lǐng)導(dǎo)阿波羅登月計劃，是空間科學(xué)的堅定支持者。
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宇宙起源
根據(jù)宇宙大爆炸理論，我們目前所生活的宇宙是由約137億年前的一次大爆炸形成的。一開始，宇宙中的所有物質(zhì)和能量都聚集在一起，形成一個質(zhì)量極大、溫度極高、密度極大的“奇點”，之后發(fā)生了大爆炸（Big Bang）。
大爆炸之后物質(zhì)向外分散，宇宙空間也在不斷膨脹，同時溫度也在下降。在溫度降低過程中，宇宙中本來只擁有的中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等基本粒子組成氫、氘、氦等較輕的原子，并通過核反應(yīng)等形成宇宙中其他的元素，星系、恒星、行星乃至生命也在這個奇妙的過程中誕生。
20世紀(jì)20年代，美國著名天文學(xué)家埃德溫·鮑威爾·哈勃（哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的名字為紀(jì)念他而命名）發(fā)現(xiàn)了“宇宙紅移現(xiàn)象”，即一些天體發(fā)出的光在向地球傳播過程中頻率會不斷降低、波長逐漸變長的現(xiàn)象。如果天體發(fā)出的是可見光，那么到達(dá)地球時會向波長較長的紅光方向移動，甚至移動到比紅光波長還長的紅外波段。距離地球越遠(yuǎn)，即光的傳播距離越長，光的“紅移”就越多。
20世紀(jì)60年代，阿爾諾·彭齊亞斯（德裔美國天文學(xué)家）和羅伯特·威爾遜（美國天文學(xué)家）發(fā)現(xiàn)了“宇宙微波背景輻射”，一種被認(rèn)為是宇宙大爆炸遺留下來的電磁波輻射，充滿整個宇宙。阿爾諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜也因此獲得1978年諾貝爾物理學(xué)獎。
“宇宙紅移現(xiàn)象”和“宇宙微波背景輻射”有力支撐了關(guān)于宇宙起源的“大爆炸”學(xué)說。
Webb望遠(yuǎn)鏡將會探索宇宙大爆炸早期發(fā)出的光、星系的演化、恒星的形成以及生命起源。
Webb望遠(yuǎn)鏡的重要觀測目標(biāo)是宇宙深處距離地球十分遙遠(yuǎn)的一些“類星體”（Quasar）。類星體是一類非常明亮的、遙遠(yuǎn)的和活躍的超大質(zhì)量黑洞，是太陽質(zhì)量的百萬倍到數(shù)十億倍。由于距離地球很遠(yuǎn)，“紅移現(xiàn)象”十分明顯，這些天體發(fā)出的光到達(dá)地球時多數(shù)已經(jīng)成為了紅外光，并且光非常微弱。
Webb望遠(yuǎn)鏡依靠對低度紅外光極高的靈敏度和優(yōu)異的角分辨率將會在太空中捕捉類星體發(fā)出的光芒并分析這些天體諸如質(zhì)量、溫度、組成等方面的特性。
在捕捉遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的微光時，Webb其實也在穿越時間。因為這些光很可能來自數(shù)十億年前甚至百億年前，里面隱藏著有關(guān)宇宙起源和演化的奧秘。Webb望遠(yuǎn)鏡的任務(wù)便是盡可能地向人們揭示頭頂上的這片星空的歷史。因此，Webb望遠(yuǎn)鏡是全球天文學(xué)家的共同期待，是全人類了解宇宙的有力助手。
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太空望遠(yuǎn)鏡
1609年11月30日，伽利略第一次把望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)天空中的月亮，他發(fā)現(xiàn)月球并非如亞里士多德想象的那樣表面光滑，而是坑坑洼洼、凹凸不平，有許四周高、中間低的環(huán)形結(jié)構(gòu)，之后，他親手繪制了第一幅月球表面地貌圖。
現(xiàn)在我們知道，伽利略看到的月球環(huán)形結(jié)構(gòu)正是隕石撞擊形成的“環(huán)形山”。之后，伽利略又將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)了空中那些閃爍的星星，并由此發(fā)現(xiàn)了木星的4個較大的衛(wèi)星。
伽利略發(fā)明的世界上第一臺天文望遠(yuǎn)鏡
從此，人類頭頂上的這片星空便開始“不一樣”了！人們開始用望遠(yuǎn)鏡觀測天體，宇宙的神秘面紗在這幾百年間被一層層揭開，雖然人們已知的仍是冰山一角，但正是求知的欲望不斷促使人類創(chuàng)造更偉大的工程以實現(xiàn)偉大目標(biāo)。
當(dāng)年，伽利略所用的望遠(yuǎn)鏡只有4.6cm，現(xiàn)在人類正在建造的最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡“天空之眼”主鏡直徑達(dá)到39米。
但是，在地面觀測星空并不能完全看穿宇宙。這是因為地球稠密的大氣層對來自宇宙深處的微弱光信號形成了阻擋，并且地面人類活動產(chǎn)生的光也會對觀測造成影響。
一開始，人們把天文望遠(yuǎn)鏡布置在人跡罕至、海拔較高的地方，但這畢竟還是在地球上。于是，一個更大膽的想法產(chǎn)生了：把望遠(yuǎn)鏡放到太空中！
隨著上世紀(jì)五六十年代以來航天技術(shù)的發(fā)展，人類具備了把衛(wèi)星發(fā)射到太空中的能力，將望遠(yuǎn)鏡放到太空中的想法得以實現(xiàn)。
目前，人類已經(jīng)發(fā)射了數(shù)十臺各型天文望遠(yuǎn)鏡，探索著廣袤宇宙的不同角落。如美國“大型軌道天文臺”計劃實施的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（1990發(fā)射）、康普頓γ射線天文臺（1991發(fā)射）、錢德拉X射線天文臺（1999年發(fā)射）、斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡（2003年發(fā)射）項目。其中最為人所熟知的便是美國的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（Hubble Space Telescope，HST）。
哈勃空間望遠(yuǎn)鏡于1990年由“發(fā)現(xiàn)”號航天飛機(jī)攜帶進(jìn)入繞地球的近地軌道，目前仍在服役。
31年來，哈勃拍攝了上百萬張宇宙多個角度的圖像，向地球傳回了海量的科學(xué)數(shù)據(jù)。依靠哈勃的探測數(shù)據(jù)，人類產(chǎn)出了眾多科學(xué)成果，成功推動人類對宇宙的了解向前邁進(jìn)了一大步。
作為韋布的前任，“哈勃”也為“韋布”的繼任做好了準(zhǔn)備。2016年以來，哈勃的一項任務(wù)便是在浩瀚的宇宙中為韋伯尋找潛在有價值的觀測天體。這樣，當(dāng)韋伯發(fā)射部署后，便可以很快對目標(biāo)天體進(jìn)行更高精度的探測。實際上，哈勃并不會馬上退役，它將繼續(xù)進(jìn)行宇宙觀測工作！
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復(fù)雜的韋布
之所以稱Webb望遠(yuǎn)鏡為人類最強(qiáng)望遠(yuǎn)鏡，正是在于其強(qiáng)大的探測能力。Webb望遠(yuǎn)鏡整體質(zhì)量約6.2噸，只有前任哈勃望遠(yuǎn)鏡（11噸）的一半多，但是其功能卻比哈勃強(qiáng)大得多。其中一個主要原因是Webb望遠(yuǎn)鏡擁有一面直徑6.5米的主鏡，是哈勃主鏡（直徑2.4米）的2倍多，面積是其5倍多。這是目前人類口徑最大的太空望遠(yuǎn)鏡。因此，Webb望遠(yuǎn)鏡能夠反射收集到來自深空的更加微弱的光信號，看到天體的更多細(xì)節(jié)。
Webb望遠(yuǎn)鏡的主鏡分成了18面六邊形的子鏡，左右各3面子鏡發(fā)射時折疊在兩側(cè)，發(fā)射入軌后才展開。這是因為目前沒有可以滿足6.5米直徑包絡(luò)的火箭整流罩（Ariane-5火箭整流罩直徑5.4米，高17米）。
Webb望遠(yuǎn)鏡的主鏡呈現(xiàn)金光閃閃的顏色，而那確實是一層純金！韋伯主鏡的襯底是金屬鈹Be，上面總共鍍有約48.25g的黃金，主要是為了提高反射紅外線的能力。
鈹襯底厚度約為5cm，前反射面被高度拋光，表面粗糙度小于20nm（相當(dāng)于人類頭發(fā)絲直徑的千分之一），后部被加工成比實心結(jié)構(gòu)要輕的框架結(jié)構(gòu)。
選擇金屬鈹則是因為其極高的強(qiáng)度和較小的密度，具體來說，其強(qiáng)度是鋼的4倍，密度（1.85g/cm2）則比航天材料中常用的鋁（2.7g/cm2）和鈦（4.5g/cm2）還要輕，并且在Webb極低的運行溫度下不易發(fā)生形變。
Webb望遠(yuǎn)鏡外形上一大特點便是沒有鏡筒，巨大的主鏡和較小的次鏡之間只有幾個結(jié)構(gòu)桿連接，將直接暴露在太空中。巨大的主鏡將照射在上面的光反射聚焦到前方的次鏡上，之后次鏡將光再反射到主鏡中央、科學(xué)儀器模塊前方的三鏡上。主鏡和次鏡都是反射鏡，而三鏡屬于透射鏡。
集成科學(xué)儀器模塊(Integrated Science Instruments Module，ISIM)位于主鏡的后部，是Webb全部觀測儀器的組合體，其中包括：
·近紅外相機(jī)NIRCam，將對目標(biāo)天體直接成像，由亞利桑那大學(xué)提供。
·近紅外光譜儀NIR，將會分析目標(biāo)天體的光譜組成，依此推測天體的組成成分、質(zhì)量等物理特性，由歐空局ESA和NASA戈達(dá)德太空飛行中心提供。
·中紅外儀器MIRI ，分析中紅外信號，ESA和NASA噴氣推進(jìn)實驗室JPL提供。
·精導(dǎo)星傳感器FGS，提供高精度的指向信號，由加拿大航天局CSA提供。
集成科學(xué)儀器模塊ISIM
許多電子器件和精密儀器在低溫狀態(tài)下才能保持最佳的運行狀態(tài)，就像我們的電腦需要風(fēng)扇輔助散熱一樣，Webb望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)儀器也需要有一個低溫環(huán)境來精準(zhǔn)探測微弱光信號。
為了維持科學(xué)儀器的低溫工作環(huán)境，工程師們?yōu)轫f伯安裝了由5層聚酰亞胺膜構(gòu)成的遮光板（Sunshield），每層膜的厚度只有50微米，相當(dāng)于人類頭發(fā)絲的直徑。
在諾斯洛普·格魯曼公司廠房內(nèi)安裝遮光板|NASA
遮陽板將整個Webb望遠(yuǎn)鏡分為溫度較高的向陽側(cè)和低溫的背陽側(cè)。
遮陽板能夠阻擋來自太陽、地球和航天器平臺電子儀器的熱量傳至光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和科學(xué)儀器，保證Webb望遠(yuǎn)鏡處于低溫狀態(tài)（-223℃）。
航天器平臺內(nèi)安裝有Webb望遠(yuǎn)鏡運行所需的6大主要分系統(tǒng)，分別是：電源分系統(tǒng)、姿控分系統(tǒng)、通訊分系統(tǒng)、指令和數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)、推進(jìn)分系統(tǒng)、熱控分系統(tǒng)。整個Webb望遠(yuǎn)鏡的電力來源將由航天器平臺一側(cè)的太陽能板提供。
遮光板展開和一個網(wǎng)球場面積相當(dāng)，因此像主鏡一樣，遮光板也需要在發(fā)射時折疊起來。負(fù)責(zé)開發(fā)遮光板的諾斯洛普·格魯曼公司為此開展了大量地面試驗工作，保證展開機(jī)構(gòu)設(shè)計的可靠性。
不同于軌道高度只有500公里的哈勃，Webb望遠(yuǎn)鏡將部署在距離地球150萬公里的日地L2點（位于此處的航天器很容易維持軌道穩(wěn)定），如果出現(xiàn)問題，是不可能派宇航員前去維修的。
哈勃服役期間，美國宇航員多次乘航天飛機(jī)對其進(jìn)行維修保養(yǎng)。2011年航天飛機(jī)退役之后，哈勃至今未曾進(jìn)行過維修，只能通過地面?zhèn)鬏斨噶顚ζ溥M(jìn)行控制|NASA
作為新一代太空望遠(yuǎn)鏡，Webb望遠(yuǎn)鏡的復(fù)雜程度超過了任何一個太空望遠(yuǎn)鏡，這使得其研制周期和經(jīng)費都比普通項目要長要多。1996年開始預(yù)研到現(xiàn)在，Webb望遠(yuǎn)鏡整個項目已花費超過100億美元，任務(wù)拖期超過10年！因此Webb望遠(yuǎn)鏡也被稱為“鴿王”！圖片
終于在圣誕節(jié)當(dāng)天，Webb望遠(yuǎn)鏡順利升空！
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太空變形記
負(fù)責(zé)發(fā)射Webb太空望遠(yuǎn)鏡的運載火箭為歐空局的Ariane-5火箭，一級芯級為一臺液氫/液氧發(fā)動機(jī)，捆綁兩個大推力固體火箭發(fā)動機(jī)助推器，其近地軌道運載能力達(dá)到21噸，稍低于我國長征五號運載火箭（近地軌道運載能力25噸）。Webb太空望遠(yuǎn)鏡由直徑5.4米，長度17米的整流罩所包容。
發(fā)射模擬
從發(fā)射開始，Webb望遠(yuǎn)鏡要經(jīng)過近30天的漫長旅程才會到達(dá)部署軌道。在這個過程中，Webb望遠(yuǎn)鏡將會展開部署其太陽能板、通訊及數(shù)據(jù)傳輸天線、5層遮陽板、次鏡、輻射散熱板、主鏡等。整個部署過程將需要14天，每一步都要保證精準(zhǔn)無誤。之后Webb望遠(yuǎn)鏡就將飛向距離地球150萬公里的日地拉格朗日L2點。
Webb的首次科學(xué)觀測預(yù)計將于2022年2月進(jìn)行，觀測數(shù)據(jù)也將會在不久后傳回地球。讓我們一起期待，以前所未有的視角觀看我們頭頂上的這片星空！
