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哈勃繼承者:詹姆斯·韋伯太空望遠鏡

2016/2/23 — 10:20

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡意想圖 / NASA

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡意想圖 / NASA

香港政府若有 620 億,相信都會用來起高鐵,或者是建三跑——美國太空總署就會用來研發詹姆斯·韋伯太空望遠鏡。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡將會是 NASA 歷來最大型、最複雜也是最昂貴的太空計劃。2018 年啟用的韋伯太空望遠鏡,敏感度會比起哈勃望遠鏡高 100 倍,令科學家可以觀察到 135 億年前的宇宙起始、星體和星系的誕生,分析外太空星體的大氣,甚至為我們嘗試在宇宙中找出生命起源。

「我們知道要令望遠鏡運作,我們需要研發 10 種新科技。」——韋伯太空望遠鏡計劃總監 Eric Smith。

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韋伯太空望遠鏡在 1990 年代中期開始研發,準備成為哈勃望遠鏡的繼承者。時任署長 Dan Goldin 為工程師設下目標:新的太空望遠鏡要「更快,更好,更平」,希望要裝上比哈勃更大的 8 米鏡面組件(後來因預算問題改成 6.5 米),並且主力觀察字宙間的紅外線。

韋伯太空望遠鏡主鏡面 / NASA

韋伯太空望遠鏡主鏡面 / NASA

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韋伯太空望遠鏡的「誕生」路絕不平坦,科學家需要解決不少問題。他們為了防熱力影響到紅外線觀察,設計時要肯定韋伯運作時,可以保持著 −233°C 的低溫。另外,他們也要解決機身重量大小的問題:例如怎樣將用作收集光線的主鏡組(已組裝完成 [1])、遮光板等龐大設備放在火箭內,用甚麼輕便的物料製造遮光膜;也要考慮到怎樣將望遠鏡的重量控制在 6 噸以內等。直到 2006 年,望遠鏡的設計終於塵埃落地,可以進入下一個階段:製造和測試。

完成製造各部份的組件後,他們要測試清楚韋伯太空望遠鏡。不同哈勃,韋伯離地球約 150 萬公里,根本沒有維修的機會。

Cryo-vacuum Test 3 (CV3) 測試 / NASA

Cryo-vacuum Test 3 (CV3) 測試 / NASA

科學家和工程師為了確保各種儀器不會失靈,高達德太空飛行中心將四組觀察儀器:近紅外線攝影機、近紅外線光譜儀、中紅外線儀以及精細導星感測器/近紅外線成像儀和無縫光譜儀放進真空設備,進行名為 Cryo-vacuum Test 3 (CV3) 的測試,以模擬到太空高壓低溫 (−250°C) ,並測試儀器對紅外線的反應等。另外,他們也要為望遠鏡的其他組件,包括降溫系統、鏡組、望遠鏡進行一連串測試。肯定萬無一失後,才可以在將來正式在太空任務使用。

韋伯擔當的工作不只是單一的太空天文觀察任務,而是會關係到未來其他複雜太空任務進展。除此之外他們還要處理其他問題,包括開發途中須不停修改設計、又要面對進度落後、成本上升,甚至是來自國會的財政審批的阻力等各種壓力——在 2010 和 2011 年,整個計劃就差點因為國會而要腰斬。幸而,直至現在計劃都未有類似高鐵的進度落後超支的問題。

2 年後,這部花費比找出重力波的 LIGO (11 億美元)還要多的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡,將走到遠方,首次以高清中紅外線揭開宇宙的面紗,逐步為我們揭開宇宙間未知的秘密。 

註:

[1] 主鏡組組裝影片NASA 新聞稿

原文:
Science, The Next Big Eye, 19 Feburary 2016

相關資料:
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡網站

文/eh

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