文學(xué)家們是一幫最閑不住的人！1989年大名鼎鼎的哈勃望遠(yuǎn)鏡僅有1年就要走馬上任之際，他們竟然就開始坐在一起，籌劃哈勃望遠(yuǎn)鏡的接班人啦。哦，可憐的哈勃。
二十多年過去了，退休年齡一再被延長的哈勃望遠(yuǎn)鏡又郁悶了，其多次提出要一頭扎向美麗的太平洋，結(jié)束常年不分晝夜“咔咔咔”給宇宙不停按快門的職業(yè)生涯，無奈，全被駁回。而這還是因?yàn)樗慕影嗳恕材匪埂ろf伯望遠(yuǎn)鏡。
【他比前任強(qiáng)一百倍】
韋伯望遠(yuǎn)鏡目前最亮的頭銜就是“哈勃望遠(yuǎn)鏡的接班人”，可以想象，要是連這個(gè)頭銜都沒了，誰知道它是哪根蔥？然，一旦踏上舞臺(tái)，韋伯望遠(yuǎn)鏡就會(huì)像躲避瘟神一樣躲避這個(gè)早期的頭銜。因?yàn)?，他的能力和水平將超出哈?00倍。就像上任后的獅子不會(huì)說：嗯，我是喵星人的接班人。
哈勃的工齡實(shí)在是太長了，歷經(jīng)5次大修，且它的某些部件老舊得像古董，如仍在使用英特爾486處理器。因此美國宇航局NASA迫切需要新一代的天文望遠(yuǎn)鏡，這便是韋伯望遠(yuǎn)鏡。
諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者約翰·馬瑟，是韋伯望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目的資深科學(xué)家，他已為其付出了近20年的心血。用他的話說：“‘哈勃’是將未知事物展現(xiàn)于人類面前，挑起了我們的求知欲；而關(guān)于這些事物的答案，我們要靠韋伯望遠(yuǎn)鏡去探索?！?nbsp;
哇哦，這有點(diǎn)類似于是說，你拍了很多UFO照片，我卻能告訴你這些不明物體到底是什么！
【去拍拍宇宙的嬰兒照】
我們雖不能回到過去，但絕對(duì)能看到過去。且不難！實(shí)際上我們目之所及，都是過去的事兒。你此刻看到初升的紅太陽，那其實(shí)是八分鐘前的太陽。你看到正眨巴著眼的北極星，那也不是此刻的北極星，是它400年前的樣子。
我們看得越遠(yuǎn)，就越能看到更遙遠(yuǎn)的過去。若說哈勃能看到宇宙的童年期，那么現(xiàn)在，天文學(xué)家們更雄心勃勃，打算窮盡世間技術(shù)，以便讓韋伯望遠(yuǎn)鏡去看看宇宙的嬰兒期，一窺早期宇宙以及第一批星系形成時(shí)期的秘密。理論物理學(xué)家愛維·勒布說：”我們?cè)?jīng)丟失了這本相冊(cè)中的幾頁，而這些是了解第一縷光、第一批星系如何形成的最令人激動(dòng)的幾頁?！?/span>
理論認(rèn)為，在大爆炸的光輝褪去之后，宇宙進(jìn)入了一個(gè)長期的”黑暗時(shí)代”。最終，低溫物質(zhì)聚集坍縮形成了第一代恒星，出現(xiàn)了第一縷光。
“這是一個(gè)新的機(jī)遇?！敝Z貝爾獎(jiǎng)獲得者JohnC.Mather說道，”這是一塊從未被翻動(dòng)過的石塊，誰也不知道它下面藏著什么。沒人知道大爆炸后所照亮的第一個(gè)物體是什么樣，而這是我們?cè)缇蛻?yīng)該弄清楚的?！?/span>
要看到如此遙遠(yuǎn)的地方，或者說要看到如此遙遠(yuǎn)的過去，絕非易事。
眾所周知，作為電磁波一種的可見光，若被壓縮，顏色就會(huì)變紫；若被拉伸，就會(huì)變紅，再拉伸，就會(huì)變成不可見的紅外。
因?yàn)榇蟊?，各星系都在互相高速遠(yuǎn)離，這種遠(yuǎn)離會(huì)把可見光拉伸，于是，早期宇宙殘留的光傳到現(xiàn)在，已被拉伸了很多很多，為此，韋伯望遠(yuǎn)鏡將要配備世界上靈敏度最高的紅外線傳感器、光譜器等。
【與地球并駕齊驅(qū)】
為避開大氣層的干擾，哈勃望遠(yuǎn)鏡跑到570千米的太空運(yùn)行。而韋伯望遠(yuǎn)鏡，它才不屑于只與大氣層躲貓貓呢，它將走得更遠(yuǎn)。月球距地球雖有38萬千米，但它依然還是地球的衛(wèi)星。而韋伯望遠(yuǎn)鏡，它將在距地球150萬千米的地方上班，它成了太陽的衛(wèi)星而非地球的。舍近求遠(yuǎn)的目的是因?yàn)檫@個(gè)地方有點(diǎn)特殊，叫第二拉格朗日點(diǎn)，那是個(gè)神奇的地方，很多精彩的科幻小說常把其當(dāng)場景。
很容易就能發(fā)現(xiàn)，八大行星中，離太陽越遠(yuǎn)的行星，繞太陽轉(zhuǎn)一圈需要的時(shí)間就越長，如海王星繞太陽一周需要164.8年。那么有沒有這樣的特殊情況：一個(gè)在地球周邊的小物體，因其繞日軌道比地球稍長，故其繞日周期比地球也稍長，但因?yàn)樵诘厍蚋浇?，所以地球?qū)ζ涫冀K有一個(gè)引力，這個(gè)引力不大不小，恰好拉了它一把，以致其能跟隨地球同步繞太陽公轉(zhuǎn)？有的，這便是第二拉格朗日點(diǎn)。
在這個(gè)地方，望遠(yuǎn)鏡、地球和太陽基本上三點(diǎn)成一線，相對(duì)位置始終保持不變，且望遠(yuǎn)鏡可以一直保持背向太陽和地球的方位，易于保護(hù)和校準(zhǔn)，更重要的是，因其受到其它星體的引力干擾最小，不必來回地調(diào)整方位，這意味著可以節(jié)省大量的燃料。即，少量的燃料就可以讓望遠(yuǎn)鏡在第二拉格朗日點(diǎn)長期駐留。
【針尖上做道場】
在深空撐一把大遮陽傘
紅外夜視儀，是根據(jù)夜間物體發(fā)出熱量的不同，從而進(jìn)行探視的。而韋伯望遠(yuǎn)鏡主打紅外探測(cè)，要想看到遙遠(yuǎn)過去的宇宙圖像，必須嚴(yán)格避免周圍熱源的干擾。正如你很難在大白天看到螢火蟲和星星一樣。
紅外線望遠(yuǎn)鏡對(duì)熱極為敏感，所以韋伯望遠(yuǎn)鏡必須搭建一個(gè)遮陽傘，以遮蔽來自太陽、地球，甚至月球的熱量。根據(jù)設(shè)計(jì)，這把遮陽傘將有一個(gè)網(wǎng)球場那么大，且有五層。如此做的目的是必須讓望遠(yuǎn)鏡及其所搭載的儀器冷卻到它們零下233℃的工作溫度。在如此低的溫度下要讓所有儀器工作正常絕非易事，但這遠(yuǎn)非此工程中最難的事。
傳奇般的鏡片
反射式望遠(yuǎn)鏡，當(dāng)然是反射的光越多，性能越強(qiáng)大。哈勃望遠(yuǎn)鏡的鏡片直徑2.4米，這是那個(gè)時(shí)代的技術(shù)極限。而韋伯望遠(yuǎn)鏡的鏡片原計(jì)劃是8米，后因經(jīng)費(fèi)問題，減到6.5米。就算這樣，哈勃在它面前依然還是相形見拙。
要把直徑6.5米的鏡片塞入火箭并運(yùn)到深空是一件無法完成的事。所以，設(shè)計(jì)人員把大鏡片分成18塊子鏡片，折疊起來，塞入火箭，到達(dá)目的地后再像變形金剛一樣展開。18個(gè)子鏡面組成一個(gè)統(tǒng)一的主鏡面，這需要它們的排列精度誤差小于人類頭發(fā)直徑的萬分之一，說它是在針尖上做道場一點(diǎn)也不為過。韋伯望遠(yuǎn)鏡若全被伸展開，將有一架波音737客機(jī)那樣大小，萬一什么地方卡殼而展不開或者展開的誤差太大呢？那，這將是一場災(zāi)難。想象一下，那可是150萬千米的深空，你很難載人去幫它一把。嫦娥二號(hào)衛(wèi)星從月球出發(fā)到第二拉格朗日點(diǎn)，途中還飛行了77天。所以，這是一次只許成功，不許失敗的大工程，也可以說是大賭博，賭資高達(dá)80億美元。
鏡片的磨制
計(jì)劃的早期，天文學(xué)家曾打算用超低膨脹玻璃。但當(dāng)把試驗(yàn)鏡片冷卻到零下233℃時(shí)，玻璃發(fā)生的彎曲足以使望遠(yuǎn)鏡完全失效。最后，鏡片的材料選擇了鈹。
然而，“要制作沒有殘余應(yīng)力的鈹金屬鏡片是極為困難的，”光學(xué)工程師Bob Brown說，“切割金屬的表面會(huì)使剩余的金屬部分有向上彎曲的趨勢(shì)。”
另外，拋光六邊形的鏡片也非易事，直到距離邊緣5毫米處都是要拋光的，如此高難度的拋光是第一次。若未經(jīng)拋光邊緣的寬度增加一倍（10毫米），那將使望遠(yuǎn)鏡的反射光量減少1.5%，對(duì)于如此浩大的這個(gè)工程來說，絕對(duì)是一個(gè)重大的損失。
拋光后還需經(jīng)過重重檢測(cè)，為了檢測(cè)鏡片的表面平滑度，實(shí)驗(yàn)室是完全封閉的，連溫度和空氣流動(dòng)都在嚴(yán)格的控制之下。技術(shù)人員使用衍射圖、紅外線激光器以及其他工具測(cè)量鏡片表面幾十萬個(gè)點(diǎn)的高度。一塊子鏡片可能要在拋光設(shè)備和測(cè)量實(shí)驗(yàn)室間往返幾十次后，才能使它的形狀和平滑度達(dá)到NASA的要求。
給鏡片鍍一層金
純鈹在近紅外波段的反射性并非最理想的，因此每塊分鏡面都必須鍍上大約3.4克的黃金。
從2010年6月開始，NASA的工程師們開始為每一塊子鏡片進(jìn)行涂層處理工作，鏡片表面的黃金涂層厚度是120納米，而120納米比一個(gè)人的頭發(fā)還要細(xì)200倍。負(fù)責(zé)這項(xiàng)工作的伊恩史蒂文森說：在對(duì)韋伯望遠(yuǎn)鏡黃金涂層處理時(shí)，我們面臨著許多技術(shù)挑戰(zhàn)，這些涂料并不是簡單制作而成，而是量子涂料，有著非常復(fù)雜的制作工序。
科學(xué)家將黃金涂料加熱到1371攝氏度，使黃金涂料由固態(tài)變成液態(tài)，并蒸發(fā)到鈹制鏡片上，完成涂層。
直到2011年9月，NASA才完成這18塊子鏡片的黃金涂層工作。同年12月，完成了所有鏡片的冷凍試驗(yàn)。
遠(yuǎn)程控制鏡面
哈勃升空后曾經(jīng)存在一處光學(xué)缺陷，為了這個(gè)缺陷，宇航員在哈勃發(fā)射3年后乘坐航天飛機(jī)去為它安裝了一個(gè)光學(xué)校正鏡，這才挽救了它。而韋伯望遠(yuǎn)鏡不可能有如此奢侈的補(bǔ)救機(jī)會(huì)。
望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空后，某種熱梯度的影響會(huì)使望遠(yuǎn)鏡發(fā)生輕微變形；還有，在觀測(cè)過程中，需將鏡面對(duì)準(zhǔn)不同的方向，這時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生極微小的溫度變化，而這個(gè)變化也會(huì)帶來鏡面輕微的變形。
為確保韋伯望遠(yuǎn)鏡升空后能精確聚焦，科學(xué)家們?cè)O(shè)法在每個(gè)子鏡片后面都裝有7個(gè)微型電機(jī)，每個(gè)電機(jī)可以通過推、拉使子鏡面的位置產(chǎn)生略超過10納米的改變。如此，只要從地球發(fā)送微波信號(hào)到150萬千米的地方激活子鏡面背后的7個(gè)微型電機(jī)，就可以單獨(dú)調(diào)整每一塊子鏡面相對(duì)于其他子鏡面的曲率和方位，以補(bǔ)償這些變形。
【那么，何時(shí)發(fā)射】
“別提了，說出來全是眼淚！”韋伯望遠(yuǎn)鏡說，“本來哈勃老哥2010年退休?？烧l知，他大修一次后，我就被推遲到2013年上任。實(shí)際上哈勃他總共大修五次啦！”
“更傷心的是，因財(cái)政預(yù)算緊張、項(xiàng)目超支等問題，2011年7月，美國眾議院投票決定：在2012年的預(yù)算案中，終止為我撥款。你說我傷不傷心？”
“還好。”韋伯忍不住又說，”天文學(xué)家們積極行動(dòng)起來，紛紛呼吁國會(huì)恢復(fù)對(duì)我的支持。作為妥協(xié)，2011年9月，NASA制定了一個(gè)2018年發(fā)射的新計(jì)劃，這才換來了國會(huì)對(duì)我的重新支持。唉，好個(gè)傷心的2018！不說了，我的眼睛又濕潤了。”
對(duì)此，美國宇航局NASA有話說：“嗨，韋伯老弟，哈勃雖然被大修了五次，但你知道嗎？它離地球只有570千米，乘坐航天飛機(jī)去維修它雖代價(jià)高昂但也是一件可行的事。而你……要是壞了！”NASA的眼睛也濕潤了，“真的，我們除了抱在一起痛哭一場外，真的沒有其它補(bǔ)救措施。所以，請(qǐng)理解，我們?yōu)榱四憬^對(duì)的高可靠性，而在時(shí)間上做出的犧牲?！?/span>
哈，對(duì)以上問題，天文學(xué)家們才不管呢，因?yàn)樗麄兪且蝗翰恢＞氲娜恕陧f伯望遠(yuǎn)鏡還沒升空的今天，據(jù)說他們又開始計(jì)劃韋伯的接班人了，佩服。
經(jīng)此一次，NASA應(yīng)該懂得這個(gè)道理了吧：你要不給天文學(xué)家們找點(diǎn)事做，他們就會(huì)給你找事做！
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