11月，隨著美國(guó)航天局正式宣布韋伯太空望遠(yuǎn)鏡建成，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡終于有了“接班人”，可以安心“退役”了。
事實(shí)上，韋伯經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的等待期，苦苦煎熬，歷經(jīng)延時(shí)與超支。但最終，這項(xiàng)堪稱人類天文與宇宙史上消耗最大且最昂貴的工程，即將于2018年發(fā)射至日地平衡第二拉格朗日點(diǎn)，正式開啟其探測(cè)宇宙第一代天體誕生與演化的“世紀(jì)之旅”。
不同溫度的天體，輻射不同，波段也不同。眾多質(zhì)量非常小的遙遠(yuǎn)恒星或氣體云，擁有著極高的紅移水平，其發(fā)射的紫外和可見光都已移至紅外。
而對(duì)于可見光波段太空望遠(yuǎn)鏡哈勃來(lái)說(shuō)，紅外能力的缺失，也成為其讓位于韋伯的重要因素。
由于早期宇宙的輻射能量已從紫外移至紅外波段，且行星的輻射相比其主星的輻射，在紅外波段遠(yuǎn)強(qiáng)于光學(xué)波段，兩個(gè)原因促使韋伯可以在人類理解宇宙起源以及搜尋系外行星生命跡象上做到無(wú)可匹敵。
“憑借強(qiáng)大的紅外功能，韋伯可以在極低溫度下發(fā)揮自身的探測(cè)優(yōu)勢(shì)。”據(jù)中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員詹虎介紹，與哈勃不同，韋伯不僅能在近紅外波段工作，更可在零下220攝氏度的低溫下作業(yè)，并在零下273攝氏度的環(huán)境中運(yùn)行。而這樣的低溫對(duì)于紅外觀測(cè)非常有利，可以大幅減少紅外探測(cè)器自身的暗電流和外界熱輻射產(chǎn)生的背景噪聲，提高探測(cè)極限。
“此外，韋伯遠(yuǎn)離了地球本身的熱輻射，避免地表反射帶來(lái)的影響，這也減少了更多的背景熱噪聲?！敝锌圃鹤辖鹕教煳呐_(tái)研究員鄭憲忠對(duì)此補(bǔ)充道。
就和夜視儀一樣，紅外波段觀測(cè)的一個(gè)難題是儀器本身的紅外輻射比較強(qiáng)，強(qiáng)到甚至超過要觀測(cè)的天體，這樣的話，就無(wú)法觀測(cè)到暗弱的天體了。
南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授陳鵬飛表示，之所以讓儀器在零下220攝氏度下工作，儀器本身的紅外輻射就可以比較弱，弱到不能蓋過遙遠(yuǎn)星系的紅外亮度?！斑@樣我們就能輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)第一代星系的觀測(cè)了?！?/p>
而在北京大學(xué)科維理天文與天體物理研究所研究員江林華看來(lái)，哈勃光譜能力很弱，而韋伯則擁有強(qiáng)大的光譜能力，其高光譜分辨率也是其工作在極低溫度下的原因。
“與此同時(shí)，由于韋伯的體積足夠大，其也將躲避掉地球大氣的干擾，提升觀測(cè)能力?！敝锌圃耗暇┨煳墓鈱W(xué)技術(shù)研究所研究員胡中文介紹。
主鏡面集光區(qū)顯威力
作為6倍于哈勃的主鏡面集光區(qū)域，韋伯意味著擁有超強(qiáng)的集光能力，可以探測(cè)到非常暗弱的天體。
我們都知道，遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光傳播到地球需要一定的時(shí)間，“看得更遠(yuǎn)”也就同時(shí)意味著我們能看到更早的宇宙。
“韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的一個(gè)重要科學(xué)目標(biāo)是把探測(cè)宇宙的視野進(jìn)一步推進(jìn)數(shù)億年，而我們知道第一代恒星、星系正是在這短短的數(shù)億年間迅速形成的?！闭不⒄J(rèn)為，韋伯將大大提升人類研究早期宇宙、恒星和系外行星的能力，預(yù)期將取得天文學(xué)界多個(gè)領(lǐng)域的重大突破。
而在胡中文看來(lái)，韋伯也是空間天文和光學(xué)紅外技術(shù)突破以后水到渠成的必然結(jié)果。
作為擁有六邊形主鏡面的韋伯，相較于哈勃鏡面面積增加了6倍，而這就意味著其接收光能量的功力也相應(yīng)增加了6倍，而探測(cè)的極限分辨率就能因此提高2.4倍。
不僅如此，時(shí)間成本的縮短也是韋伯的“功績(jī)”之一，在鄭憲忠看來(lái)，同樣的天體，哈勃需要6小時(shí)的觀測(cè)時(shí)間，而韋伯只需要1小時(shí)。
“韋伯的意義將是里程碑式的。”胡中文表示，未來(lái)韋伯的出色能力將與地面大望遠(yuǎn)鏡通力配合，形成強(qiáng)力互補(bǔ)。
史無(wú)前例的新契機(jī)
天文學(xué)是探索未知世界的科學(xué)，“看得更遠(yuǎn)、更清楚”自然成為了人類對(duì)天文望遠(yuǎn)鏡的期許，只有這樣我們才能對(duì)宇宙大小和結(jié)構(gòu)有更深刻的認(rèn)識(shí)。
毋庸置疑的是，韋伯具有的強(qiáng)大太空觀測(cè)能力，不僅將帶給我們極高分辨率的圖像，由于其自身的中紅外波段可以穿透宇宙塵埃，還將讓我們看見被遮蔽天體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和宇宙塵埃背后的景象，這也為我們的眾多研究方向帶來(lái)了史無(wú)前例的新契機(jī)。
誠(chéng)然，初于好奇心，今天尋找系外行星生命已成人類的重要課題之一。通過自身的高靈敏光譜分析能力，韋伯還能通過探測(cè)行星表面的溫度和大氣中包含的眾多元素，來(lái)確定系外行星生命的存在概率。
在詹虎眼中，特定的觀測(cè)條件下，韋伯可以通過光譜觀測(cè)分析系外行星的大氣成分，搜尋生命存在的跡象，這樣的工作對(duì)于天文學(xué)界來(lái)說(shuō)無(wú)疑是非常有意義的。
“曾經(jīng)，我們手上有個(gè)小望遠(yuǎn)鏡，現(xiàn)在換了個(gè)大的。你沒法預(yù)計(jì)它會(huì)發(fā)現(xiàn)什么，就像當(dāng)年的哈勃一樣。出乎意料的是，哈勃對(duì)人類認(rèn)識(shí)宇宙的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)超過了最初人們的想象?！苯秩A說(shuō)。
的確，天文觀測(cè)的多樣性和難度使其成為人類最新技術(shù)方法實(shí)驗(yàn)的“舞臺(tái)”。 胡中文為此表示，事實(shí)上，在哈勃之后有很多非常成功的天文望遠(yuǎn)鏡誕生，這與人類在望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)原理與技術(shù)方法上的突破分不開。如果說(shuō)韋伯專才專用，作為射電天文領(lǐng)域重要成員的FAST，在人類的射電天文領(lǐng)域也必將占有一席之地。
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