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✍️IDG君写在前面
开始今天的阅读前，IDG君先邀请你一起寻找韦伯：https://webb.nasa.gov/content/webbLaunch/whereIsWebb.html?units=metric
复制网址到浏览器（滑到文末点击阅读原文也可直达网页），你会看到这个页面：
通过这些数字，你会对韦伯望远镜的基本动向有清晰了解——所以，到底谁是韦伯！？
它是哈勃望远镜的继任者，北京时间12月25日20时20分，韦布望远镜在库鲁航天中心由枚阿丽亚娜5号火箭运载，顺利点火升空。
韦伯望远镜是人类历史上迄今建造的最昂贵、最复杂的天文仪器；它可以看到宇宙中的第一缕光，并为人类揭示恒星演化的秘密。
这个周末，IDG君将从一下角度切入，带你走近韦伯望远镜：
  • 韦伯望远镜为什么是鸽王之王？
  • 作为哈勃望远镜继任者，韦伯望远镜有哪些优势？
  • 韦伯望远镜将让我们看到怎样的宇宙星河？
一起来看看🔭。
全文3378字
阅读时间约5min
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詹姆斯·鸽王之王·韦布空间望远镜
韦布望远镜的全称是詹姆斯·韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope，JWST or Webb）。
作为NASA和欧洲航天局（ESA）、加拿大航天局（CSA）的合作项目，韦布望远镜由14个国家的300多所大学、研究机构以及相关公司的数千名工程师和数百名科学家共同完成。
如引言所说，它是至今为止人类历史上建造的最昂贵、最复杂的天文仪器，然而，韦布望远镜更被人熟知的是它的昵称：詹姆斯·鸽王之王·韦布空间望远镜。因经费和技术问题，韦布望远镜的发射时间一再延后，把殷切盼望的大家从2007年一路“鸽”至2021年，成为名副其实的“鸽王”。
说到太空望远镜，哈勃望远镜是更被我们熟悉的“前辈”。自1990年升空已来，哈勃望远镜给天文学几乎所有领域都带来了突破性发现，但天文学家并没有就此满足——事实上，在哈勃望远镜还未升空的1989年，空间望远镜研究所就对哈勃望远镜的继任者展开讨论。
与会者认为, “下一代空间望远镜”（简称NGST，Next Generation Space Telescope） 应可以超越哈勃望远镜，观察到中红外光谱区域，以观测宇宙诞生最初几亿年间的影像。
韦伯望远镜终于确定升空日期后
网友拿出了在自家书架躺了32年的《下一代空间望远镜》
（爱开玩笑）
1990年，美国国家科学院、工程院和医学院的“十年调查”权威报告提出，NGST应该是口径为6m级的制冷型红外空间望远镜，而此前的研讨会认为它的口径应为10m级，直到1995年因预算限制，主镜的尺寸最终确定为4m（哈勃望远镜的口径是2.4m）。
然而NASA仍然在坚持“掰头”，努力将口径增加到8米，并提出将其塞进运载火箭中的可分段折叠的主镜结构装载方案，也确定NGST将于2007年至2011年之间发射。
到2010年，韦布望远镜的关键任务通过了审查，但在2011年韦布望远镜项目又险些被腰斩——由于耗资巨大，在这一年美国国会打算取消该项目，但科学界的大力支持让美国国会做出妥协：为韦布望远镜设定了80亿美元的经费红线，同时推迟至2018年发射。
在2017年9月NASA又宣布推迟至2019年6月发射，此时经费已经超过了80亿美元的红线，但没有被终止。
就在刚刚过去的2021年末，韦伯望远镜预告在12月22日发射，结果由于天气原因又推迟到25日——这是“鸽王”最后的倔强🕊️。
最强空间望远镜强在哪里
虽然被韦布望远镜一再放“鸽子”，但是人们对它还是充满期待，因为它搭载了非常先进的技术和极具创新性的设备。
拼接型主镜
上文提到，韦布望远镜的主镜口径达6.5m，为了能将其塞进火箭中而设计成了部分折叠的形式，子镜则设计为六边形，不仅保证了填充效率还具有高的对称性，只需设计三种子镜面形即可。
折叠装在火箭中的韦布望远镜示意图 ©NASA
进入轨道后，主镜会重新展开，工程师利用红外相机对已知恒星拍照，通过对比十八个子镜各自成像的情况，利用计算机算法将主镜调整共焦。相比于哈勃望远镜，刚“入职”的韦布望远镜口径又大了将近3倍。
哈勃望远镜口径 VS. 韦布望远镜口径 ©NASA
现在地面上的大望远镜口径可以达到10米，哈勃望远镜的成像好于地面口径更大的望远镜，韦布望远镜就更优秀了。
遮光罩
而比主镜更大的，是给韦布望远镜专门设计的遮光罩。
和哈勃望远镜相比，韦布望远镜新增的挑战是要尽可能隔绝红外干扰，因为红外干扰像远光灯，会淹没从宇宙早期远道而来的微光，严重影响韦布的视线。因此，韦布望远镜需要在距离地球150万公里外的L2拉格朗日点上班。
18世纪，拉格朗日解决了“三体问题”：即三个物体互相围绕旋转而保持相对位置不动的布局。这个问题最终有个5个解，即下图所示的5个拉格朗日点L1-L55个点，在这些点上，两个大质量物体提供的引力，恰好可以维持第三个物体圆周运动所需要的向心力。
点击红色方块 了解拉格朗日点
但即便距离太阳足够远，在宇宙中，红外干扰仍无处不在，一切有温度的物体都会发出红外线——如果韦布望远镜自身温度没有降到足够低，也会发出红外线。
能让望远镜保持极低温度的秘密武器就是遮光罩。韦布望远镜的遮光罩由5层称为“Kapton”的聚酰亚胺薄膜材料构成，面积相当于一个网球场，同样需要折叠起来才能塞进火箭。
当韦布望远镜工作时，面向太阳一面温度将达到110℃，而到了第五层时最低温度可达到-237℃，这种特种材料制成的遮光罩可以在-269℃到400℃的范围内保持稳定，有非常显著的降温效果。
展开过程中涉及到许多活动部件，都有可能发生所谓的“单点故障”—— 一旦失效，价值将近100亿美元的韦布望远镜会就此报废。而这种有可能报销掉整台望远镜的“单点故障”，在韦布身上共有344处。每一处，都是一劫，韦布只能自己去渡，没人帮得上忙。
韦布望远镜遮光罩展开过程示意动画 ©NASA
宇宙的第一缕星光
韦布望远镜投入使用后，会为我们带来怎样的新视野呢？
宇宙中的第一缕星光
当望远镜观测遥远星系时，因为光速有限，看到的是星系在之前的样子。从这个意义上来说，望远镜也算得上是一台“时光机”——看得更远，便能观测到这个宇宙更年轻时的模样。
人类肉眼看得见的光，可以分为红橙黄绿蓝靛紫等不同颜色，被统称为可见光，也是哈勃望远镜的主要观测波段；在可见光的红色那一端之外，有另一种“光”比红光“更红”，超出了人类肉眼可见的范围，即红外线。
由于宇宙的膨胀，物体之间的空间被拉伸，这导致在136亿年前宇宙中第一批恒星发出的光到达太阳系时会发生很强的“红移”，即光的波长相对于它发出时变长了。可以预计，宇宙中最初的恒星发出的紫外光和可见光已经变为近红外和中红外光。韦布望远镜专为观测哈勃的盲区——红外线领域而设计。
韦布望远镜的主镜表面镀了一层真金，因为反射红外线的能力上，黄金几乎领先其他所有元素。有了黄金镜面的加持，韦布望远镜能够观测到15倍红移的光，有能力比哈勃望远镜看得更远，有望还原宇宙中诞生第一颗恒星最初的模样。
韦伯望远镜可观测波段 ©NASA
星系的形成和研究
1923年，天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）在仙女座中观测到了一颗有规律的明暗变化的恒星，判断出它距离银河系很远，是一个独立的星系。这一发现如哥白尼提出“日心说”般，让人类重新认识到宇宙不止只有银河系一个星系的存在。
目前，哈勃望远镜已经拍到了一些星系模糊的形状并整理得到了一些规律，作为继任者，韦布望远镜将会更清楚地看到种类繁多的星系， 并研究系外行星的大气层并寻找其他可能有生命存在的行星。
韦布望远镜同时也将利用光谱学技术，通过分析对比不同物质独特的光谱线，了解太阳系中天体的化学组成，更详细解读 “人类的家园” 。
1月5日，韦布空间望远镜的五层遮阳罩都已张紧，大约北京时间1月7日21时36分，韦布团队开始展开左镜翼（左侧面版），于北京时间1月8日凌晨3时11分左右部署完成，韦布团队并确认已经锁紧，整个过程由电机驱动完成。
接下来，韦布团队将展开右镜翼，在太空中完全展开韦布主镜，这将标志着史上最复杂的空间望远镜在太空展开完毕。 
韦伯望远镜是人类探索宇宙的标杆。作为哈勃望远镜的继任者，它的发射为人类对浩瀚宇宙的研究打开了新的可能。
IDG君向来信仰科技的力量，也总是对未知的一切带着无穷的好奇心。期待韦伯望远镜将用观测到的科学数据，慢慢带我们拨开迷雾。
小时候总是思考的那些问题，比如到底有没有外星人、是否还有另一个地球一样宜居的恒星等待我们去探索......随着韦布望远镜逐渐投入运行和无数航天人的奋斗，我们正无限趋近这些问题的答案。
参考资料：
[1] https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1641656387&ver=3546&signature=n3N9gu6qYwW2-SchndU9uTSVPoTUvNt2CwNmI8dnZ6kFt1TL--fYE55f-RXQYJNYrguoUyckgQqhzIVqbd0b9o7JXeFDQ2GR99xjVkIevb-fdmqtrWsBjriR2nhFczQ5&new=1
[2]https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1641616939&ver=3545&signature=9PyDRyrvQKG-21sb0IR0oYsQOPMVIFzSkQO9DyJbO32-EWLS4wgMB6XVH7mg4RAFC9qNWxblaaUes0Ni1c*gSjgux2sWYOa8eIATAFfiX4iCThEP*k1kZTcDu96KLLNX&new=1
[3] https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1641616964&ver=3545&signature=jJTNpZfYViFD*-oGXwErhhoo*Fip076IMAcG6elS-BXWW7oozju9vcU4oop-X8I7GCy-emjMCEqNacsbvas1di63-kcQ-h8ZAonrvAxwy6kygdXEx1ZkRtH5KMMfREay&new=1
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