韋伯太空望遠鏡
二十五年磨一劍
1-22-2019
1995年, 哈勃望遠鏡觀測到距離地球6500~7000光年外的鹰星雲, 当它將这「創世之柱」的照片傳回地球時, 震驚了世人 (詳情見「觀看上帝的傑作」一文)。科学家們深信, 倘若能建造一座更超强的天文望遠鏡, 它能看到更遠的星系, 不对! 應該說可以觀測到大爆炸早期形成星系的狀態。換句話說,哈伯的景深能夠看到老年、壯年、青年的星系, 新一代的望遠鏡, 應該可以看到兒童及嬰兒時期的星系了!
1996年, 美國太空總署 (NASA) 開始籌劃他们理想中的新一代望遠鏡, 它將取代已服務了多年的哈伯及其它現役望遠鏡。為了紀念NASA第二任局長詹姆士‧韋伯先生 (James E. Webb, 1906~1992) 在1961~1968年期間大力推動阿波羅計劃的功勞,就將这座未來的天文望遠鏡取名為詹姆士‧韋伯太空望遠鏡 (James Webb Space Telescope, JWST)。
詹姆士韋伯簡介
詹姆士韋伯畢業於北卡羅來納大學, 一戰時加入美軍陸戰隊。戰後進入喬治華盛頓大学讀法律,成為一名律師, 这一點和前輩哈伯相類似。後來他進入政壇, 表現得还不錯, 曾一度当上美國航空儀器大公司Sparry Flight的副總。
1961年, 他授命於甘迺迪總統, 成為NASA太空總署的局長, 開始積極推動阿波羅登月計劃。在他领導下, 1967年阿波羅1號建造完成, 開始進行地面測試。可惜在这時候, 因太空艙內电綫着火燃燒, 三位太空人搶救不急, 不幸喪命。
經過20個月的調查、檢討、改進,
直到1969年7月20日阿波羅11號終於升天, 美國太空人尼爾阿姆斯壯是第一位人類成功地踏上月球。但是在一年前, 因為民主黨總統強生下台, 改成共和黨尼克森当政。韋伯也被迫離開NASA, 看來他本人在科学上的成就和哈勃还是無法相比的。
韋伯望遠鏡遭遇的挑戰
在建造这台太空望遠鏡的過程之中, 經歷許多挫折, 其中, 經費從原始5億美元一直增加到96.6億美元。这時欧洲及加拿大太空中心都紛紛加入合作, 前後共計有14個國家1200多位工程人員參與這項計劃。設計、建造及經費上也出现了許多挑戰, 因此完成的日子一再拖延, 最後發射日期終於定在2021年3月30日。
它和哈伯望遠鏡不同之處在, 哈伯位在地表上空大約600公里的軌道,繞地球運行, 它的好處是若有故障, 可以派太空人上去修理。目前哈伯望遠鏡的陀螺儀失靈, 正在考慮是否要去修理。韋伯望遠鏡則放置在太陽~地球的第二「拉格朗日」點 (Lagrangian Point), 即是在地球背对太陽之處150萬公里的太空之中, 若有任何差錯幾乎不可能派人去修理。目前但它的優點是穩定, 對目標天體的位置保持不變, 不必常去進行位置的修正。
在此, 順便解釋什麽叫第二拉格朗日位置。1772年, 數學家拉格朗日根據旋轉的二體 (如: 地球繞太陽)引力場, 推算出在軌道空間之中, 存在五個位置可以放入第三個物體 (太空望遠鏡), 引力場讓這物體與前兩個物體保持相對靜止。当然这引力还要考慮繞地球的月球! 若望遠鏡置在五個拉格朗日點之外的其他位置，引力將牽引它進入不穩定的軌道。選擇第二位置, 是因為它可以借着地球來遮蔽陽光, 以保持它的精準度。
為了能夠看到更遠的距離, 韋伯望遠鏡的口徑25平方英尺，大約是哈伯望遠鏡的5倍。大體上, 它是由18塊六角形的鏡片及一组五層的遮陽膜板组成。每片鏡面拋光誤差必須少於10奈米, 每片背後設有7個馬達, 可以隨时調整鏡面形狀及方向, 並且鏡片间結合必須天衣無縫。
它的設計有如變形金剛, 為了方便裝運, 升空之前全部摺疊在一起以縮減表面積, 一直發射飛行到達了目的地以後, 这些玩意才慢慢自动攤開。首先將一層層比頭髮还薄的摭陽板前後伸出, 再左右擴張到如一座網球場般大小。共三组鏡片針对不同波長。18片金黄色鏡面這時的也順序翻出,组裝後成為22米高如巨型蜂窩狀的六角形的鏡片组合。遮陽板用來遮蔽會造成訊号干擾的各種光源。鏡片和高靈敏度紅外線傳感器、光譜儀等都要維持在攝氏零下220度操作, 以得到最高解晰度。故使用的材料必須能耐極嚴寒的環境。
韋伯望遠鏡和哈伯類似之处是以紅外線為主, 不但可以追踪星球誕生、死亡、早期星系的形成,而且光譜儀可以檢驗各星球含水、氧、二氧化碳…等, 提供生物生存環境的基本元素。但它厲害之處在它可以同時分析100個星球。
沒有留言:
張貼留言