JWST韦布空间望远镜：来自全球最大的超净间

耗时二十五年，耗资100亿美元，史上最大的红外空间望远镜——韦布空间望远镜终于被发射升空。法属圭亚那当地时间2021年12月25日9点20分，举世瞩目的詹姆斯·韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope, JWST）在法属圭亚那空间中心成功搭乘阿丽亚娜5号（Ariane 5）运载火箭升空。

作为NASA、欧洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）的联合项目，JWST将观测宇宙中最古老的一批星系，对新发现的行星和其它恒星进行成像观测，甚至还能以前所未有的精度探测我们太阳系中的行星。

从1996年形成概念到今天发射，韦布望远镜的论证与研发历经25年时间，期间相关部门多次推迟预计的发射时间，预算也随之不断疯狂膨胀。到发射前，它耗资已超100亿美元。经历无数艰辛与苦难，韦布望远镜终于被发射升空，开始了它的漫漫征程。

韦布是至今为止最大的红外空间望远镜，其口径达到6.5米。韦布的主镜面是由18块正六边形镜面拼接而成的：每块镜面的边长约为0.75米，面积约为1.4平方米，18块镜面的总面积为25.4平方米，拼接成直径约为6.5米的镜面。

韦布的采光面积比哈勃的大得多，但其镜片的重量却只有哈勃的一半，这首先因为韦布的主镜面用密度低的铍制成。铍的密度仅为水的密度的1.85倍。其次，韦布镜坯背面大部分被挖空，这进一步降低了它的重量。为了使镜片能够反射光，大部分望远镜都需要在镜片上镀一层反射能力强的金属。韦布上面镀的是 “土豪金”，这使得韦布的镜面看上去金光闪闪。黄金可以反射99%的红外线，且化学性质稳定。这些黄金涂层厚度仅为100纳米（0.1微米），总质量仅48克。

韦布的主镜面拼接块之一，上面镀着厚度只有100纳米厚的黄金。这层黄金膜将增强镜面的反射率。韦布的镜面不仅是拼接式的，还是折叠式的。因为它实在太大了，无法被装入发射它的火箭的内部。为此，工程师们将其设计为折叠伞一样的望远镜，先将主镜面与其他所有构件尽量折叠，等它进入轨道之后，再通过地面遥控的方式，将这些构件逐一展开。

由于其庞大的体量，即使被折叠起来，韦布依然高达10.66米，宽达4.5米。阿丽亚娜5号火箭的整流罩的高度为17米，直径为5.4米，二者完美匹配——这不奇怪，科学家和工程师们就是以“能够将韦布装进这款火箭”为目标，来设计折叠方案的。

超净工作室

在JWST的不同部分组装在一起之前，它的镜面与仪器在NASA戈达德航天飞行中心的高湾洁净室中进行精密组装。这个3.7万立方米的房间，是全球同类洁净室中最大的之一。房间有一整面墙的高效空气过滤器，能防止污垢和灰尘污染望远镜的敏感光学元件。

韦布的主要仪器

韦布望远镜质量为6161.4千克（6.1614吨），装在质量为350千克的飞船内。望远镜脱离火箭并通过所有调试后，将用精密导星传感器定向。天体发出的辐射被主镜面反射后进入副镜面，再进入各仪器。

韦布的仪器有四个：近红外照相机（NIRCAM）、近红外光谱仪（NIRSpec）、中红外设备（MIRI）与近红外成像器与无缝光谱仪（NIRISS）。这些仪器的观测波长可以分为三大类：0.6-0.78微米之间的黄光与红光、0.78-3微米区域内的近红外辐射与3-28微米之间的中红外辐射。注意，中红外的极限是50微米。

遮阳伞与电冰箱

由于外来的热量与仪器自身工作时发出的热量，望远镜自身会有一定温度，并发射出红外线，这些强烈的红外线会污染望远镜收集到的来自天体的红外辐射。

为了阻止外来的热量，韦布的设计者为它设计了一个五层的“遮阳伞”，每层的厚度约等于头发丝的直径，宽度最大为4.57米，长度为16.19米，长与宽分别等于网球场的长与宽。

韦布的探测目标：从远古宇宙、外星大气到太阳系内天体

作为红外望远镜，韦布探测的目标主要是一些天体发出的红外辐射。这些红外辐射有的是天体自身发出的红外辐射；有的则本来是一些紫外线或可见光，但却因为宇宙膨胀而成为红外线。如果以观测目标来分类，韦布将观测以下对象：

•  一些正在形成的恒星系统。

• 第一代恒星与第一代星系。

• 宇宙不同年龄时的各类星系。

• 银河系内、太阳系外的一些行星（系外行星）。

• 太阳系内部的天体，尤其是一些位于海王星之外的暗淡而寒冷的矮行星与小行星。

• 各种恒星或恒星残骸爆炸后产生的爆发现象。

  
  

作为人类有史以来最昂贵、最强大的红外空间望远镜，韦布必将为全人类认识早期宇宙、第一代星系、第一代恒星、宇宙演化、太阳系外的行星、太阳系内行星等重要课题做出突破性的贡献。

我们祝愿它一路顺风，在未来的10年时间内为人类破解宇宙、外星球与太阳系起源等众多秘密做出辉煌的贡献。