史上最強太空望遠鏡發射升空：耗資百億美金，韋伯太空望遠鏡能看到什麼？

總耗資約100億美元，歷時20多年建造，最大的太空望遠鏡——韋伯望遠鏡終於發射，開啓了探索宇宙起源奧秘和系外行星之旅。

法國當地時間12月25日13時15分（北京時間25日20時15分），美國宇航局的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡在法屬圭亞那庫魯基地成功發射升空，開始了它前往150萬千米外“日-地拉格朗日2點”的旅途。這次發射使用了阿麗亞娜5號火箭，火箭已經進入最終軌道。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，由美國宇航局主持建造，以美國宇航局第二任局長詹姆斯·韋伯命名，以紀念他對阿波羅登月計劃做出的重要貢獻。如果一切順利，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將在一個月之內進入太陽軌道，大約離地球100萬公里。

以摺疊狀態發射升空

韋伯望遠鏡是有史以來性能最強大、造價最高的太空望遠鏡。它重6.2噸，口徑達到了6.5米，由18塊六邊形鍍金鏡片拼接而成；遮陽板展開後，面積相當於一個網球場的大小。相比之下，哈勃望遠鏡的口徑爲2.4米。望遠鏡的口徑越大，一方面能夠收集更多的光子，看到更闇弱的天體；另一方面能夠增加分辨率，看清更多的細節。

韋伯望遠鏡主要的光學結構採用了“三反射鏡消像散系統（Three-mirror anastigmat）”，光在到達拍攝的傳感器前會經過三次反射，每次反射都有特定的目的。

第一塊主鏡需要足夠大，像水桶一樣把來自宇宙的儘可能多的光收集起來並匯聚到一塊很小的二級鏡面上。所有的光會經過三級鏡面的反射到最後的微調鏡上。這塊微調鏡會補償航天器移動帶來的誤差，其功能可以理解爲相機的穩定器。經過這一系列光學組件後，光就到了最後成像之處了。

不過，由於體型巨大，韋伯望遠鏡以摺疊狀態發射升空。對研究人員而言，以遙控方式將進入太空的韋伯望遠鏡展開，使其每個部件完美就位，將是此次發射任務“最具挑戰性的環節”。

在火箭發射的8分鐘轟鳴聲中，韋伯望遠鏡將進入太空，接受着劇烈的震盪與搖晃考驗。一旦進入太空，便無人可以修理。

據悉，韋伯此行的終點是日地拉格朗日點2（L2），一個引力穩定點，距地大概150萬公里，大約是地球和月亮之間距離的4倍，到達那裡需耗時1個月，它將與地球同步環繞太陽運行，始終停留在地球夜面。發射一週後韋伯開始陸續啓動各種精密機構，包括140個釋放機構、70個鉸鏈組件、400個滑輪、90根電纜和8臺展開電機等。

韋伯望遠鏡到達觀測位置後，研究人員需再花費5個月對它開展各項檢查，預計望遠鏡2022年6月底前可正式“上崗”。

“鴿王”暱稱的由來

韋伯望遠鏡由300多個部件構成。美國國家航空航天局（NASA）局長比爾·納爾遜曾表示：“任何一個出現故障，（發射日）都會變成糟糕的一天。”

韋伯望遠鏡也因其研發週期長、耗資巨大而聞名於世，被戲稱爲“鴿王”望遠鏡。

實際上，早在哈勃望遠鏡升空前一年（1989年），韋伯太空望遠鏡項目就已經提出來了，當時的名字是NGST（Next Generation Space Telescope，下一代空間望遠鏡）。次年哈勃升空後，第一張照片模糊得令人失望，直到1993年修復了主鏡缺陷並更換相關儀器後纔算好些。

1996年開始，NASA就邀請各大公司來參與投標這種複雜的“下一代太空望遠鏡”研製。經過激烈角逐，TRW公司於2002年獲得了NASA授予的8.25億美元的合同，建造韋伯太空望遠鏡，這臺跨時代超級空間觀測設備的研製就此正式啓動。

根據最初設想，韋伯望遠鏡的發射時間在2007年，但隨即就被推遲了。哈勃望遠鏡計劃於2010年被航天飛機帶回地面，“繼任者”韋伯望遠鏡的發射時間也被定在2010年左右。但後來由於TRW公司被收購、項目超支、新冠疫情等種種因素，韋伯望遠鏡的發射時間也從2007年，到2010年，再到2018、2020年，一拖再拖到今年。

一份2017年的報告顯示，韋伯項目的總花費已經超過113億美元。

作爲美國宇航局、歐洲航天局和加拿大航天局的聯合項目，韋伯太空望遠鏡在發射前經歷了一段輾轉多地的超長途旅程——它的組裝於2013年在馬里蘭州開始，2017年又到得克薩斯州繼續進行低溫測試，2018年起則被運送到NASA的戈達德太空飛行中心。直到今年9月24日，它被運送到港口，經過16天、9300公里的海洋之旅到達法屬圭亞那的發射中心。

即使在發射前夕，韋伯太空望遠鏡依舊將“鴿王本色”發揚到底。11月22日，NASA發佈消息稱，由於在與運載火箭的連接過程中有一條夾帶意外鬆開，導致整個望遠鏡產生了震動，原定於12月18日的發射時間被再度推遲到12月22日。

NASA最後確定韋伯的發射時間爲聖誕節20點20分（北京時間），作爲一份聖誕禮物送給所有爲這個項目付出過的科學家和全球的天文愛好者們。

韋伯望遠鏡是哈勃望遠鏡的繼任者？

與哈勃望遠鏡相比，韋伯望遠鏡具有兩大特點：

其一是巨大的體積，直徑21.3英尺的主鏡使其成爲人類歷史上看得最遠的望遠鏡。

其二是強大的紅外線觀測功能，韋伯望遠鏡將是太空中唯一一臺可以進行遠距離觀測的紅外線望遠鏡，能夠看到更多過去觀測不到之處，成爲我們“全新的眼睛”。

從嚴格科學意義上講，韋伯望遠鏡是哈勃望遠鏡更多的是互補關係。

美國康奈爾大學專家妮科爾·劉易斯表示，韋伯望遠鏡能觀測到哈勃望遠鏡觀測不到的目標，提供“令人驚歎的全新觀測宇宙視角”。

哈勃望遠鏡1990年發射升空，迄今已度過32個春秋，雖然經歷過很多曲折，尤其是最近一段時間，計算機時常出現問題，但迄今仍然堅持爲人類傳回精美的宇宙照片。不出意外的話，哈勃望遠鏡能夠工作至2030年代，甚至2040年代。

韋伯望遠鏡與哈勃望遠鏡運行的軌道不同，前者運行在距離地球外側150萬公里的拉格朗日L2點，後者在距離地球僅500公里的軌道上運行。這意味着哈勃望遠鏡出現問題，還能夠在軌維修，而韋伯望遠鏡一旦出現問題，按照目前人類的航天能力，還真愛莫能助。

韋伯望遠鏡運行的L2點是不穩定的，要靠消耗燃料動態維持，按照燃料的消耗速度，該望遠鏡的預期工作壽命爲10年。估計到那時，哈勃望遠鏡仍健在。

韋伯望遠鏡四大主要目標

韋伯望遠鏡項目的科研負責人約翰·馬瑟（John Mather）曾在採訪中介紹過韋伯望遠鏡的四大主要目標：

首先，它將嘗試觀測“大爆炸”後出現的第一批天體，例如星系、黑洞和超新星；其次，它將觀測星系是如何隨着時間推移而成長的，那可能是經過了許多小型天體的聚攏和融合；第三，它將觀測恆星和行星系統是如何在氣體塵埃雲內部形成的；最後，它將觀測其他恆星周圍的行星以及我們身處的太陽系本身，以瞭解這些天體系統隨着時間推移是如何成長和變化的，並幫助瞭解地球是如何具備存在生命的條件的。

據瞭解，韋伯太空望遠鏡一旦能夠成功啓用，將會是史無前例的宇宙“時光機”，帶我們看到大約70億-130億年前的宇宙樣貌，幾乎在“宇宙大爆炸”的同期。

韋伯望遠鏡配備了一項名爲中紅外儀器(MIRI)的新技術，將使用相機和光譜儀來觀察電磁光譜中紅外區域的光，這是人眼看不見的。

“這將徹底改變我們看待行星大氣層的方式。我們要去看看它們的內部結構！”參與MIRI研究的法國航天局專家皮埃爾-奧利弗·拉吉奇說。

發射地爲何選擇圭亞那？

1964年，法國在圭亞那庫魯地區建成火箭發射中心，歐洲航天局在此從事阿麗亞娜火箭的發射業務。歐洲航天局是一個歐洲數國政府間的空間探測和開發組織，總部設在法國首都巴黎，負責阿利亞娜4號和阿利亞娜5號運載火箭的研製與開發。

歐洲航天發射中心佔地約9萬平方公里，由法國國家空間研究中心領導，主要負責科學衛星、應用衛星和探空火箭的發射以及與此有關的一些運載火箭的試驗和發射。

圭亞那靠近赤道，對火箭發射具有很大益處：由於此地靠近赤道，緯度低，從發射點到入軌點的航程大大縮短，三子級不必二次啓動；相同發射方位角的軌道傾角小，遠地點變軌所需要的能量小，增加了同步軌道的有效載荷；向北和向東的海面上有一個很寬的發射弧度，空中及海上交通都很方便；此地人口稀少，在9萬平方公里的土地上只有5萬居民。另外，庫魯地區雖然靠近赤道，但氣候比較溫和，年平均氣溫27℃，年平均降雨量3000～4000毫米，全年分旱季、雨季，風力不大，處於颶風區之外。

此外，還有一個因素是，歐空局作爲韋伯望遠鏡的合作方之一，承擔望遠鏡的發射任務。

（鈦媒體App編輯武楓葉綜合自騰訊太空、南都、經緯中國）