Question

詹姆斯韦伯太空望远镜的意义何在？

Answer 1

詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST) 是一项国际努力，于 2021 年 12 月 25 日成功发射，是历史上最先进的红外天文台和最激动人心的太空望远镜。

在接下来的几周内，JWST 将在距地球约 100 万英里的 L2 拉格朗日点附近向反太阳方向行驶到其目标轨道。从那里它将冷却到极低的工作温度，进行校准和校准，然后在几个月后，即 2022 年中后期开始其科学任务。

其任务目标由太空望远镜科学研究所 (STScI) 指导，重点关注红外天文学的几个关键领域：

检查非常早期的宇宙。由于空间的加速膨胀，来自宇宙中最古老的发光物体的光已经强烈红移到更长的红外波长；这些物质中的大部分，现在距离我们 120 亿多光年，在 ROYGBIV 中是看不见的，但在红外线中仍然可以辨别。由于 JWST 的极端稳定性、灵敏度和分辨率，我们将能够从宇宙历史的极早期——再电离时代，恒星和星系形成的黎明——收集大量全新的信息。绘制可观测宇宙的初期图将有助于我们更好地了解其大尺度结构。

了解有关星系形成和演化的更多信息。JWST 预计将调查数十万个遥远的星系，收集新的图像和数据。特别感兴趣的是更多地了解暗物质在星系历史和未来中的潜在作用。

研究恒星和行星系统的形成。我们希望仔细研究恒星托儿所和年轻的尘土飞扬的行星盘，以更多地了解恒星是如何从原始碎片中诞生并形成各种太阳系的。

仔细检查行星。当然，行星不会像恒星那样自行“发光”。它们是天文距离的黑暗和困难的研究对象。但它们确实在电磁光谱的红外部分发出强烈的辐射，使它们成为 JWST 的主要目标。JWST 将对关键系外行星的大气层有清晰的了解；我们将能够确定这些行星的组成，可能包括水甚至生命的化学迹象。该望远镜还将收集我们太阳系内行星、卫星和柯伊伯带天体的新数据。

詹姆斯韦伯绝不是第一台红外望远镜——例如，有基于地球的红外天文台，哈勃太空望远镜具有一定的红外能力，而斯皮策太空望远镜则专注于红外观测。

但由于技术原因，红外天文学相当易怒。地面仪器必须应对各种地面热干扰和地球自身大气层的强烈红外吸收。红外天文台需要保持相当冷的温度，以免因自身热量而干扰自身。

JWST 采用最先进的遮阳板，允许天文台后部利用太阳能发电，同时帮助机载冷却系统将正面仪表的工作温度保持在低于 -380 华氏度，与绝对温度相差不远零。它围绕 L2 点的特殊轨道将使其与地球的夜间同步，同时允许它在每年围绕太阳的跋涉过程中观察整个天空。

这样的条件将极大地增强其 21 英尺、镀金的铍镜阵列——能够将局部微小调整到仅仅纳米，红外光波长的一小部分——及其强大的探测器，以收集比以往更多的原始红外数据。

想象一下，经过多年在光污染郊区的马马虎虎观测后，第一次带着你的业余望远镜在偏远的高沙漠中度过一个晴朗的夜晚。这或多或少是JWST对红外观测状态所做的。

JWST任务的总长度计划为五年；乐观地说，它可能会延长十年。主要的限制是机载推进器的燃料，它必须定期点火以保持围绕 L2 的稳定轨道。最终 JWST 将耗尽气体并漂流。

但是，如果一切顺利，在这宝贵的几年里，我们将能够学到很多关于宇宙的东西，无论远近。STScI 已经计划和安排了一些 JWST 观察任务，以及一些“公关噱头”任务，以帮助公众了解 JWST 的能力。该数据将进入科学记录以供一般使用。但 STScI 也在部署和管理来自世界各地天文学家的个人自主项目。根据每年同行评审的确认，世界各地的天文学家都有机会在 JWST 的运行生命周期内将其用于自己的目的。