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詹姆斯·韦伯太空望远镜:完整历史、规格和更多信息

关键要点

  • 哈勃空间望远镜在绘制和理解宇宙方面起着关键作用。
  • 该组织透露了其在大型望远镜方面的意图,该望远镜可以进行红外波长分析。
  • 詹姆斯·韦伯空间望远镜以第一位nasa行政官的名字命名。

2022年7月,乔·拜登总统发布了詹姆斯·韦伯空间望远镜的第一张图片。与哈勃发布的令人惊叹的照片一样,这些图片宣布了这个历史性望远镜进入未来的继任者。

这款最新的太空望远镜是我们见过的最大的望远镜,携带着令人难以置信的新技术。想知道这个庞然大物的望远镜如何工作。

继续阅读有关詹姆斯·韦伯空间望远镜的历史、规格和更多信息。

詹姆斯·韦伯空间望远镜的历史

詹姆斯·韦伯空间望远镜使用高红外分辨率捕捉太空中的远处物体。

©dima zel/shutterstock.com

哈勃空间望远镜在绘制和理解宇宙方面起着关键作用。但即使在其进入轨道之前,太空望远镜科学研究所(stsci)已经在考虑下一个重要仪器。

提案和研究

1989年,该组织透露了其意图运营一台更大的望远镜,可以进行红外波长分析。他们与几个科学机构以及nasa一起开展了望远镜的可行性研究。stsci寻求尖端技术,但这个过程持续了几年。

许多人甚至试图完全降低望远镜的规模。但nasa坚决推进并敦促进一步发展。

1997年,nasa确认了一台直径为8米的望远镜的可行性,并开始寻找建造望远镜仪器的公司。

国防承包商洛克希德·马丁、诺瓦克格鲁曼和波音宇航公司在红外技术研究方面处于领先地位,为未来的科学研究进行了研究。

设计

1998年,研究展示了一台工作红外望远镜的初始设计,使nasa能够发布建设提案。四年后,在一系列提案中,该项目正式命名为詹姆斯·韦伯空间望远镜(jwst)。

望远镜以第一位nasa行政官的名字命名,将代表在探索我们的宇宙方面迈出同样巨大的一步。

2002年,nasa指定了特定项目的jwst团队。诺瓦克格鲁曼空间技术公司、nasa科学工作组以及欧洲和加拿大的国际太空组织将组成设计团队的基础。

科学工作组将正式批准jwst的指导要求,并开始建造。

jwst的设计揭示了一个比任何已建造的仪器都要大的总体仪器;概念镜面是哈勃的三倍大小,只有一枚超重型火箭能够承载这个有效载荷。

当时最大的活动火箭欧洲航天局的阿丽亚娜5号火箭签订了2005年的发射合同。

建造

2007年,在飞行条件下成功测试了望远镜的基本技术。nasa正式进入建造阶段,并进行了综合科学仪器模块(isim)的发射测试。

发射测试确保该模块能够承受强烈的发射条件和太空中的极端寒冷和炎热。

关键部件的建造历时数年,但在2012年完成并送往马里兰州的戈达德太空飞行中心进行组装和测试。这些包括四个测试仪器以及后台板、热屏蔽板和主镜。

测试和发射

在接下来的六年中,各团队的工作人员确保所有设备之间的通信如预期般进行。由于望远镜在太空中所需的位置,测试至关重要;在地球低轨道之外,jwst将无法像哈勃望远镜一样在发射后修复。

每个仪器都必须测试极端温度,因为仪器需要保持低温才能正常工作。

望远镜的所有维护和测试工作于2018年完成,仪器准备好发射。nasa发送了观测提案和望远镜。

2021年12月25日,搭载jwst的阿丽亚娜5号火箭从法属圭亚那发射升空。望远镜在另一个月内巡航到最终目的地,并展开使用其镜片。

成本

jwst的预计成本为50亿美元,并计划于2014年发射。然而,由于协调不力,该项目耽搁了七年,并且望远镜的价格几乎翻了一番。詹姆斯·韦伯的建造耗资88亿美元,几乎占nasa超过二十年天体物理预算的三分之一。

科学家解释了这个大型项目的影响。詹姆斯·韦伯空间望远镜是有史以来建造成本最高的设备之一,其延迟影响了其他项目的发展。

尽管如此,韦伯空间望远镜的额外成本和时间是值得的,因为没有其他望远镜可以与其范围和能力相媲美。

詹姆斯·韦伯空间望远镜如何工作?

由nasa委托,詹姆斯·韦伯空间望远镜现在位于距离地球150万英里的l2点。

©best-backgrounds/shutterstock.com

詹姆斯·韦伯空间望远镜最显著的特点是其由18个镀金蜂窝状镜子组成的整体。由于jwst的主镜几乎是哈勃望远镜的三倍大小,因此无法将其制造为单一部件。

为了安全地发射望远镜,主镜被设计成可以折叠起来。然后,在望远镜到达目的地时,镜子会展开并调整成形。

jwst配备了红外技术,以完成其任务(下文将详细介绍)。这使它能够透过掩盖了研究的关键区域的太空尘埃和气体进行观测。然而,这些红外仪器必须保持在一定的温度以下。

由于望远镜长时间面向同一方向,科学家需要保护工具免受极高的热量影响。为了解决这个问题,他们开发了一个五层热屏蔽板,将太阳的辐射力度降低了一百万倍。

虽然朝向太阳的一面的温度超过200华氏度,但另一面的温度可能低至零下400华氏度。

詹姆斯·韦伯望远镜充分利用其在第二拉格朗日点(l2)的位置,可以与地球一起绕太阳运行,并固定朝向以观测极微弱的信号。

凭借其出色的热防护罩,jwst使用四个仪器收集和分析红外波长。这些仪器包括:

  • 近红外成像仪和无缝光谱仪(niriss)
  • 近红外光谱仪(nirspec)
  • 近红外摄像机(nircam)
  • 中红外仪器(miri)

让我们更详细地看一下每个仪器。

近红外成像仪和无缝光谱仪(niriss)

该仪器分析从0.8到5微米(百万分之一米)的红外波长。无缝光谱仪将检测到新星和太阳系外行星的第一道光以及它们的行进方向。

niriss还配备了精细导航传感器(fgs),可以帮助整个韦伯望远镜准确指向目标。

近红外光谱仪(nirspec)

nirspec与第一个仪器使用相同的波长,并使用一系列微小的快门同时收集多个区域的离散光谱。这种创新技术使nirspec能够同时研究多达100个物体。

由于詹姆斯·韦伯望远镜必须长时间盯着一个物体(试图朝着距离达136亿光年远的目标),因此它可以在其寿命内研究的物体数量显著提高。

近红外摄像机(nircam)

nircam是jwst上的主要成像仪器,可检测到从0.6到5微米的近红外波长。该成像仪配备有冠状图样,这些设备让天文学家能够可视化nircam捕捉到的物体。利用这些可视化效果,nasa的艺术家渲染出激发我们探索宇宙的美丽图像。

中红外仪器(miri)

miri是詹姆斯·韦伯太空望远镜唯一的中红外工具,并将几个较小的工具合并到其功能中。它使用光谱仪将物体发出的光分散成光谱。借助其广域相机,miri可以捕捉到中红外波长范围内新形成的恒星和其他现象的图像。

詹姆斯·韦伯太空望远镜的任务

jwst使用红外仪器可以看得比任何之前的望远镜更远。然而,这些波长的特性要求望远镜必须在地球的干扰大气层之外运行。

nasa选择将韦伯望远镜放置在距离地球一百万英里的位置。不幸的是,这个距离使得望远镜无法进行维护。对于如此关键的工具,nasa科学家必须在它的建造之前定义它的任务。

2005年,nasa jwst的科学工作组确定了四个主要目标:

  1. 观察早期宇宙
  2. 研究星系的演化
  3. 观察新恒星的生命周期
  4. 研究太阳系外行星

观察早期宇宙

詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉到的尘埃星云揭示出新兴的恒星。

©comete geo/shutterstock.com

jwst使用巨大的望远镜镜头可以看到距离我们136亿光年的星系。由于光的传播速度是有限的,我们看到的图像代表这些星系过去的样子。这使我们能够洞察到宇宙最早的形成过程。

由于宇宙正在膨胀,这些光波长会被拉伸,进入红外范围。jwst专门设计用于分析这种波长的光。

研究星系随时间的发展

韦伯太空望远镜将利用其红外技术观测比哈勃观测过的旧星系更新星系的形态。有人预期,这些快速发展的星系是不对称的、密集的,并且具有超大质量黑洞。

见证新星的生命周期

当宇宙诞生新的恒星时,它们在一层空间尘埃的茧中发展(这是老旧恒星的残骸)。这些碎片在紫外线下很难观测到,但在红外线下就不成问题。这使得韦伯太空望远镜成为见证恒星形成早期阶段的理想太空望远镜。

研究系外行星

随着埃隆·马斯克计划在火星上建立殖民地的兴趣日益增加,天文学界正在发现邻近星系中的新行星。科学家们对发现类似地球的行星尤为兴奋,因为这些行星有可能维持生命。

尽管空间尘埃使行星望远镜难以观测它们,但詹姆斯·韦伯太空望远镜将能够看到这些行星的成分,从而揭示维持生命的太阳系如何在恒星周围形成。

詹姆斯·韦伯太空望远镜规格

提案日期 1989年9月13日
发射日期 2021年12月25日
又称 下一代太空望远镜、jwst、韦伯
大小 66英尺长,46英尺宽
重量 13,584磅
成本 880万美元
相关组织 太空望远镜科学研究所(stsci)、美国国家航空航天局(nasa)、欧洲航天局(esa)、加拿大航天局(csa)、诺瑟罗普·格鲁曼、贝尔航空航天公司
位置 拉格朗日点2 (l2)
距离地球 100万英里
主镜直径 21英尺4英寸(由18个六边形镜片组成)
创新技术 可折叠主镜、5层热屏蔽、红外成像和光谱学
任务 研究早期宇宙、星系的发展、新星的诞生和系外行星

太空与探索:进一步阅读

就像哈勃为我们带来了深受喜爱的宇宙图像一样,詹姆斯·韦伯太空望远镜将扩展我们对宇宙的认识。

这个令人惊叹的设备标志着我们时代太空技术的巨大飞跃。有关我们如何探索宇宙的更多信息,请查看以下文章。

本文顶部的图片由©dima zel/shutterstock.com提供。

Written by 小竞 (编辑)

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