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史上最强韦伯望远镜升空,到底先进到什么程度?为何飞去150万公里远的L2?

最新更新时间:2021-12-28
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宇宙,究竟从何而来?
 
关于宇宙诞生的终极问题,人类至今依旧没有确切的答案...
 
12月25日20点20分,历时25年研发,100亿美金打造的詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)终于升空!
 
韦伯将飞过月球轨道,到达目的地第二拉格朗日点(L2),奔向离地球150万公里外的地方。

图注:距离地球150万公里的拉格朗日L2点。

它将成为人类的「第二只眼」,不仅为了仰望星空,更是为了探究神秘宇宙与人类文明的本质连接。
 
 
在浩瀚宇宙中,人类显得如此渺小。从月球到地球,也就是光走一秒的距离。宇宙有1000亿光年,人类却刚刚走过1秒钟。
 
想要走得更远,看得更深,除了纯粹和好奇,前提是对宇宙,对真理更加敬畏。

寻找「宇宙爆炸」初始的那一束光
 
1990年4月,哈勃望远镜在肯尼迪航天中心成功发射,执行观察太空任务30余年,曾观测到星云、黑洞等多种宇宙奇观。
 
如今的韦伯望远镜手握接力棒,承载着几代天文学家对揭开宇宙终极谜题的期待,对宇宙的终极探索进行最后冲刺。
 
 
新一代太空望远镜得名于美国宇航局第二任局长詹姆斯·韦伯(James Webb),以纪念他对阿波罗登月计划做出的重要贡献。
 
 
新的太空望远镜其实早在1989年便开始了筹划,正式的工作开展是在1996年。
 
虽说研发25年,但从最初构想到发射历经30余年,因此韦伯望远镜被许多人戏称为「鸽王」。
  • 1998年,预算扩充至10亿美元,并将发射计划推迟至2008年。
  • 2000年,预算扩大至18亿美元,发射推迟至2009年。
  • 2002年,预算扩大至25亿美元,发射推迟至2010年。
  • 2003年,发射推迟至2011年。
  • 2005年,预算扩大至30亿美元,发射推迟至2013年。
  • 2006年,预算扩大至45亿美元,发射推迟至2014年。
  • 2008年,预算扩大至51亿美元。
  • 2010年,预算扩大至65亿美元,发射继续推迟到2015年。
  • 2011年,预算扩大至87亿美元,发射推迟至2018年。
  • 2013年,预算扩大至88亿美元。
  • 2017年,发射推迟至2019年。
  • 2018年,发射推迟至2020年。
  • 2019年,因新冠疫情,发射推迟至2021年,预算追加到97亿美元。

 
韦伯是史上第一款超级红外线太空望远镜,也是目前发射最大的太空望远镜。
 
图注:哈勃望远镜和韦伯望远镜主镜大小比较。

图注:韦伯的镜面上镀有一层黄金,用于更好反射红外线。

其口径达到了6.5米,并由18块六边形镀金晶片拼接而成。

相比之下,哈勃的口径为2.4米,因此哈勃的视野有限,最初设计是用来观测可见光和紫外线。
 
 
据称,韦伯太空望远镜的太空观测能力是哈勃空间望远镜的100倍。
 
哈勃可观测到90-2500nm范围内的光(紫外线——近红外光),而韦伯覆盖范围更大,能看到波长范围在600-28500nm的光线(可见光——中红外光)。
 
 
NASA还列出韦伯太空望远镜能够大显身手的4类观测对象:

早期宇宙、星系历史和演化、恒星生命周期,以及地外行星。
 
它被描述为一台「时间机器」,将用于回顾135亿多年前宇宙早期诞生的第一批星系。
 
 
其目标是为了解开超大质量黑洞、遥远的外星世界、恒星爆炸、暗物质等宇宙的奥秘。
 
韦伯太空望远镜或许会改变我们看待宇宙的方式。俄亥俄州立大学的研究声称,在上线后的五年内,韦伯将在一个遥远的世界发现外星生命的迹象。

日地拉格朗日L2是个什么特殊的地方?

如果仅仅考虑把韦伯望远镜发射到远离地球遥远的深空,是不是任何深空点都行呢?当然不是了!经过多方考虑,最好是太阳和地球连线的外侧,距离地球150万公里的被称为拉格朗日(L2)的地方,在这个地方,太阳和地球共同的引力牵引着韦伯望远镜绕太阳公转,且公转周期和地球公转周期一致,这样就能保持韦伯望远镜和地球之间距离的稳定,有利于测控和信息回传。

拉格朗日是法国著名数学家和物理学家。学过微积分的朋友,应该都对拉格朗日不陌生。由于是他最早提出了两个大天体周围的几个特殊的引力点,因此这些特殊的点以他的名字命名。

你可能猜到了,有拉格朗日L2,就有朗格朗日L1。没错,除了L1和L2,还有L3 、L4、L5。L1点位于太阳和地球连线之间,距离地球也是150万公里,最适合放置太阳观测望远镜。

图注:太阳和地球周围的五个拉格朗日点。

为什么采用阿丽亚娜5型运载火箭发射?

阿丽亚娜5型运载火箭(Ariane 5)是欧空局研制的一款重型运载火箭,近地轨道的运载能力为20吨,仅次于我国长征五号火箭25吨的运载能力。地球同步转移轨道的运载能力为10吨。重6吨的韦伯望远镜用这枚火箭发射比较匹配。

图注:韦伯望远镜折叠后放入火箭整流罩。

除了运载能力的要求,还要求火箭必须配备巨大的整流罩,能够容纳下巨大的望远镜(尽管发射时处于折叠状态,一般的火箭整流罩也难以容纳)。

最重要的一条要求是,火箭必须稳定可靠!阿丽亚娜5是一款久经考验的老火箭,再发射7、8次就要退役了,接替它的将是阿丽亚娜6型火箭。

除了以上三个因素,还有一个因素是,欧空局作为韦伯望远镜的合作方之一,承担望远镜的发射任务。

韦伯望远镜和我国贵州“天眼”望远镜有什么区别?

身边有朋友问到这个问题,这里也简单回答一下。这两种望远镜的区别可真是太大了,比韦伯和哈勃的区别要大得多。


位于我国贵州的FAST望远镜,俗称“天眼”望远镜,口径达到了500米,但FAST望远镜是地基望远镜,主要在射电波段(波长在0.1米到4.3米)工作。由于大气层对射电波段的透明度较好,这种类型的望远镜在地面上工作得就很好。
图注:不同波段的电磁波透过大气的难易程度不同。

韦伯望远镜是红外望远镜,地球大气层中的水蒸气和二氧化碳对红外线的吸收比较强烈,因此要发射到太空中去观测,复杂程度和造价指数升高。

NASA正招募神学专家

长期以来,美国宇航局NASA一直在寻找外星人的存在,并且时不时传出一些发现某种不明飞行物或是其他星球生物的消息。
 
 
然而,这些说法都无法得到证实。
 
现在,NASA打算将一些牧师和神学家纳入其搜寻外星人的任务中。这些人将为人类与外星人接触做准备。
 
为此,NASA聘请了24名神学家参加其在新泽西州普林斯顿大学神学研究中心(CTI)开展的项目。
 
值得一提的是,NASA在2014年就向该中心提供了110万美元的捐款。
 
在CTI的声明中,它成立的初衷是「通过召集神学家、科学家、学者等等一起思考,并告知公众他们对全球问题的思考,来搭建理解的桥梁」。
 
而这个项目的工作目标是想解决一些一直以来困扰人类的问题,比如,什么是生活?活着意味着什么?人类和外星人的界限在哪里?其他星球有生命的可能性有多少?
 
据《泰晤士报》报道,牧师安德鲁·戴维森博士是剑桥大学的牧师和神学家,拥有牛津大学的生物化学博士学位,是24名被聘请的神学家之一。
 
戴维森在剑桥大学网站的一篇博客文章中分享道,宗教传统将会帮助人类确认其他地方是否存在生命。
 
戴维森将于明年出版一本名为《天体生物学和基督教教义》的书,在书中,他提到他相信我们离在其他星球上发现生命越来越近了。
 
虽然,研究和调查表明,美国基督徒不太可能相信其他星球上存在生命,但戴维森并不是唯一一个认为外星人有可能存在的「信徒」。
 
天文学家和物理学教授杜莉亚·德梅洛说,她班上有几位神学院学生,他们经常提出关于宇宙中智慧生命是否存在的理论问题。
 
 
「如果我们是上帝创造的产物,为什么上帝不能让其他星球上的生命也进化呢」?今年8月,德梅洛在接受《华盛顿邮报》采访时说。
 
2008年,梵蒂冈首席天文学家也曾表示,信奉上帝和「外星兄弟」可能比人类进化得更快,这两者之间没有冲突。
 
然而,并不是所有的神学家都赞同其他星球上有生命的想法。
 
 
2008年,当被问及是否存在外星人时,南方浸信会神学院院长阿尔伯特·莫勒说:「答案是否定的,那些只不过是推测罢了。」
「我们没有理由相信还有其他外星生命。《圣经》中没有任何内容说某个地方不可能有某种形式的生命。但我们被告知,宇宙的创造是为了让在这个星球上的耶稣基督,在空间、时间和历史上,来拯救罪恶的人类。」
 
仰望星空,搜寻高级生命的信号

宇宙的未来将会如何,人类仍在探索。
 
地球在天文学家看来,就是一块1万多公里大的石头,我们60多亿人就生活在这块石头上。人类已经有几百万年的历史,但是直到现在,我们人类在宇宙中涉足最远的地方,就是月球。
 
月球这块小石头离我们地球,也就是光走一秒的距离。人类在1000亿光年的宇宙中,迄今刚刚走过了一秒钟的距离。
 
正如刚刚提到,韦伯太空望远镜将用于回顾135亿多年前宇宙早期诞生的第一批星系,将给出星系演化的完整图景。
 
那么,它是否会探测到宇宙中的高级生命?
 
目前,对于一些会遮挡母恒星的行星,韦伯可以捕获母恒星被行星大气折射后的星光。
 
天文学家们可以依据这一信息分析行星中的大气成分,以就是探索外星生命存在的可能性。
 
浩瀚宇宙,仅银河系中一共有1000亿个恒星,估计银河系中大致会有1万亿个行星。
 
假设其中每一亿个行星中有一个存在高级生命,那么仅银河系中就应该有上万个外星人的星球存在。
 
 
面对复杂的宇宙问题,很多人持有不同的意见。
 
有人认为,人类是宇宙中唯一存在的智慧生命体,未来我们还有巨大的发展空间;也有人表示,宇宙中存在很多危险的未知因素,稍有不慎就可能导致人类走向灭亡。 
 
霍金警告人类最好尽量避免与外星人接触,而不是像现在这样竭尽全力寻找他们。《三体》等科幻小说同样警醒着人类。
 
宇宙的边界在哪里?太阳系外有外星人吗?韦伯望远镜背负着回答这些问题的沉重使命。
 
「第二只眼」固然是个里程碑,但人类心中要有敬畏,才能走得更远。
 
 
来源:新智元、腾讯太空等网络内容综合
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