萤火虫

詹姆斯韦伯太空望远镜将告诉我们关于宇宙的


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美国东部时间年12月25日上午07:20,詹姆斯韦伯太空望远镜搭乘阿丽亚娜5号火箭升空,进入寒冷黑暗的太空,开始寻找宇宙的起源。

一个项目的起源故事——被视为这一代人的阿波罗任务——始于年9月,充满挑战。时任太空望远镜科学研究所(STScI)主任的里卡多·贾科尼(RiccardoGiacconi)向一群杰出的科学家和工程师提出挑战,让他们思考哈勃之外的下一个重大任务(甚至在哈勃发射之前)。

詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)会发现新世界吗?填补化学进化的空白?告诉我们生命是如何开始的?在我们进入未来之前,让我们回到这个巨大的时间机器的过去!

为什么叫詹姆斯韦伯?

年开始对这台望远镜进行初步头脑风暴时,它被称为NGST或下一代太空望远镜。直到年8月,它才获得现在的名称詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)。

美国宇航局将其重新命名以纪念他们在阿波罗登月任务期间的管理员。在冷战时代的太空竞赛中,登月是唯一的任务,詹姆斯韦伯对NASA的愿景远不止于此。他支持美国宇航局在进行人类太空飞行研究的同时进行内部科学研究。

他不是工程师或科学家,而是职业律师,但他的贡献改变了美国太空科学研究行业在未来几年的发展。

然而,詹姆斯韦伯的遗产并非没有一些黑暗的补丁。在他的领导期间,他促进了某些非常恐同的联邦政策的执行。他参与歧视劳动力中的LGBTQ+人士,这让科学界对望远镜的名字感到不满。美国宇航局目前正在调查此事以发现更多证据。

这台望远镜有什么特别之处?

试想一下(在地球上)一个6.5吨的复杂设计的“折纸”,它可以装入火箭并发射到太空,然后在太空中展开并拍摄从早期宇宙的黑暗中形成的婴儿星系的照片。它是哈勃太空望远镜的继任者,视场大约15倍,更大的收集区域使其强大到足以捕捉大爆炸后发出的微弱夜光。

金眼

如果你曾经看过詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)或者在浏览互联网时偶然发现了它的图像,我相信你会被这个巨大的金色蜂窝状的盘子弄得眼花缭乱。那是望远镜的主镜,由18个镀金的六角铍镜组成。这个跨越6.5米的巨大镜子网络将使詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)能够收集来自遥远星系恒星的红外光。

望远镜有一个3镜像系统。主镜就像一个大的集光池,光线从那里反射到次镜,然后是第三镜,最后是用于图像稳定的精细转向镜。每走一步,光线都会变得更加聚焦,从而在最终击中望远镜的相机时产生更清晰的图像。

为什么是铍和金?

他们不能使用我们日常用玻璃制成的镜子,因为它不能在太空中存活很长时间,而且它们通常很重。詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)团队正在寻找一种重量轻、强度高、可以承受各种温度的东西。它还必须是热和电的良好导体,但无磁性,以避免干扰望远镜中的其他组件。当他们在瓦坎达保护区的深处发现了振金时,他们的搜索就结束了。

他们实际上使用了铍(Be),这是一种钢灰色金属,在元素周期表中排名第四,具有上述所有特性。这些镜子在犹他州的铍(Be)矿开始了它们的旅程。然后,它们又在美国停留了13站,将其打磨成镜面,最后被送去镀金。

为了覆盖镜子的整个跨度,他们只需要48克黄金(高尔夫球大小)。使用称为气相沉积的方法在镜子上沉积了纳米的金层(头发厚度的1/0)。镀金的原因是为了改善镜子的红外反射。

遮阳板是由什么制成的?

詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)遮阳板每层都由称为Kapton的薄如发丝的聚酰亚胺薄膜组成,该薄膜进一步涂有掺杂的硅和铝。掺杂硅阻止任何阳光到达遮阳罩下方的红外敏感仪器。它发出大部分从太阳接收到的光和热,其余的被高反射铝涂层反射掉。

此外,这些导电涂层使遮阳罩保持接地并防止静电积聚。

在它的家L2周围巡航时——距离我们万公里的拉格朗日点——遮阳板可能会遇到一些飞行的太空岩石,这些岩石可能会引发层间撕裂。为防止小撕裂变成大孔,Kapton层每6英尺有一个“撕裂停止”,由称为热点粘合的工艺产生。

那么,为什么要经历所有这些繁琐的事情并将其发送到太空,而不是将其安装在地球上呢?这一切都归结为詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)是一台红外望远镜。

JWST将停在L2,黄色是太阳,蓝色是地球

为什么要在太空中使用红外望远镜?

正如我们所知,宇宙正在膨胀;当您阅读本文时,它正在消失。任何形式的电磁波远离参考点(这里是我们)都会发生红移。由于膨胀,任何来自时间边缘的光现在都会变成红外线。

与可见光不同,红外线由于其较长的波长不容易被反弹,并且可以轻松穿透尘埃云,让我们清楚地看到遥远的恒星托儿所。红外传感器还可以更容易地发现那些对可见光来说不够热和明亮但发出红外线的年轻恒星。

当谈到像横星一样发光时,所有人类和我们周围的大多数事物都发出足够明亮的红外线,足以干扰望远镜。因此,使用地面红外望远镜寻找天体就像在阳光明媚的日子寻找萤火虫一样。

它会解开更多的宇宙化学吗?

科学家们现在将能够完成宇宙化学富集的拼图游戏。它将允许检测数十亿年前形成的星系的化学特征,并将其与较新的系统进行比较。

这将为我们提供氢和氦缓慢融合形成更重元素并构建宇宙中一切的速度。

詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)对中红外光的敏感性使其成为寻找生命成分(如水、二氧化碳和甲烷)的绝佳工具。望远镜强大的眼睛可以测量来自原行星盘和类地系外行星周围大气的分子发射光谱。绘制它们的化学成分图可以告诉我们它们是否能够或在某一时刻能够维持生命。

詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)的化学考察可能会发现有关我们在地球上的起源和外星生命潜力的线索。

结论

经过30年的设计、工程、考虑最坏情况并提出解决方案,价值亿美元的太空望远镜终于出现了。来自14个不同国家的数千人齐聚一堂,创造了一台时间机器,为我们提供了一个畅通无阻的宇宙观,大胆地(视觉上)去以前没有人去过的地方。




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