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[科教] 吃掉美国20年天文经费的韦伯太空望远镜,终于要出征了

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发表于 11-24-2016 11:16 AM | 显示全部楼层 |阅读模式

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美国宇航局(NASA)耗时20年、耗资88亿美元建造、被称为“经费黑洞”的詹姆斯·韦伯太空望远镜终于有进展了。

当地时间11月21日,《纽约时报》报道称,在接下去的数周内,望远镜的镜面和镜面背后的设备箱将就着陆过程和深空的低温环境进行模拟,测试每个镜面上的执行器,并运往洛杉矶装备巨型遮阳板。

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詹姆斯·韦伯太空望远镜。 东方IC 资料

“现在我们只能祈祷韦伯一切顺利了”,此前美国天文物理学家、2006年诺奖得主乔治-斯穆特在接受澎湃新闻(www.thepaper.cn)采访时就曾这样无奈地说道。

如果一切测试顺利,韦伯望远镜将于2018年搭乘欧洲空间局的阿丽亚娜5型火箭(Ariane 5 Rocket)从法属圭亚那发射升空,到达日地平衡第二拉格朗日点,进入距离地球约100万英里(约160万公里)的环日轨道。

而在发射升空后,工作人员还要经历“煎熬的六个月”,才能等到这一新生代太空望远镜传来第一张照片。

那么,“千呼万唤始出来”的詹姆斯韦伯望远镜,在这20年间到底经历了什么?NASA又为何倾尽家底也要完成这个项目?


超越哈勃望远镜, 韦伯望远镜回溯“宇宙黎明”

当地时间11月4日,NASA正式宣布以前NASA执行长詹姆斯·韦伯命名的太空望远镜竣工,准备进入测试阶段。它的主要任务,是接替它的“明星”前辈哈勃天文望远镜。

1990年发射升空的哈勃天文望远镜已经孤独地在太空工作了26年,这已经远远超出了它的原定退役年限。2009年,NASA对哈勃进行了最后一次维修,从此宣布任哈勃“自生自灭”。据NASA估计,哈勃还能再工作5年左右,这样哈勃和韦伯能在太空合作一段时间,开启一段非凡的宇宙探索之旅。

韦伯望远镜的主镜面6.5米,约是韦伯望远镜的3倍,集光能力是韦伯望远镜的7倍,但韦伯相对于哈勃最大的改变,在于具备强大的红外探测能力,而哈勃是可见光波段望远镜。

由于宇宙在不断膨胀,那些早期恒星和星系正在快速远离我们,产生红移效应:它们发射的光都已经转移到了波长较长的红外线波段。

正因如此,韦伯望远镜能接收这些早期星系发射的红外光,回溯宇宙大爆炸后5亿年到10亿年间的历史,也就是“宇宙再电离”时期。在这个时期,恒星、类星体和星系开始形成,放出曙光,宇宙告别“黑暗时代”,进入“光明时代”。但目前人们尚不了解这个过程是如何发生的,也没有人见过那些初始的恒星。

为了保证韦伯望远镜的红外探测能力,它需要在非常低的温度下工作——零下248摄氏度。只有在这样的温度下,望远镜自身的热辐射产生的干扰才会被大幅降低。并且,一旦进入太空,韦伯望远镜会撑开像网球场一样大的巨型遮阳板,阻挡外界的热辐射。

NASA赌上全部身家,韦伯望远镜早已“错不起”

早在2010年,著名学术期刊《自然》就将韦伯望远镜比喻为“The telescope that ate astronomy(吃掉天文学的望远镜)”。20年间,韦伯望远镜也确实如“饕餮”源源不断地吞噬着美国天文学的经费和资源。

韦伯太空望远镜曾是美国天文学界2001年制定的“十年计划”的重头戏,当时天文学家们毫不怀疑韦伯太空望远镜能如期竣工,还围绕它指定了后期一系列“十年计划”。


但20年来,韦伯不断跳票,经费也从一开始的5亿到10亿一路飙升到了88亿美元。美国天文学家们对韦伯太空望远镜的态度也从一开始的寄予厚望,逐渐变得五味杂陈。近年来,NASA更是把全部身家赌在了韦伯上,几乎所有其他大型项目都被搁置下来,连2010年制定的美国天文“十年计划”的重头戏,计划用于探测宇宙暗物质的广角红外巡天望远镜(Wide-Field Infrared Survey Telescope),也不得不为韦伯太空望远镜让步,项目已被推到了2025年之后。

因此,韦伯望远镜在几乎花光NASA家底后,如今已经是个“只许成功,不许失败”的项目。而其他科学家们也在翘首等待韦伯的最终结局——因为只有韦伯发射成功,后续的项目才能被推上来。

在接下来的数周内,韦伯望远镜的镜面和背后的设备箱将会被置于震动装置上模拟发射时的震动环境,接着被置于声学测试室内模拟发射时的噪音环境。

如果这关通过,韦伯望远镜将会组装送往休斯顿的约翰逊航天中心模拟深空的低温环境,并对18个镜面部件每个部件上的7个执行器进行测试——哈勃望远镜的其中一个镜面形状有所偏差,一度导致哈勃无法聚焦,NASA最终通过矫正镜片修复了这一问题。如今,NASA不会容忍这种错误在韦伯望远镜上面重演。

接着,韦伯望远镜会被运往洛杉矶,组装它的巨型遮阳板。装上遮阳板后,整个望远镜的体积就超过了C-5A军用运输机的能力,只能由船经巴拿马运河运往发射地法属圭亚那。

而在发射升空后,科学家们也将度过“煎熬的六个月”,直到韦伯望远镜成功传来第一张照片才能稍微松一口气。

NASA非常清楚韦伯望远镜已经“错不起”。项目科学家约翰·玛瑟对《纽约时报》提到,项目组成员甚至没有讨论万一韦伯在距离地区150万公里完出了什么差错,NASA要采取怎样的补救措施,“我们根本没有打算准备补救措施。”


韦伯望远镜是如何成为经费“黑洞”的?

早在哈勃太空望远镜升空的前一年,1989年,美国天文学家就认识到它的视野并不能及“宇宙黎明”,需要一个继任者填补这个空白。

1995年,由天文物学家们组成的委员会向当时的NASA执行长丹尼尔·戈丁提交了一份关于这个继任望远镜的设计建议,立马引起了戈丁的兴趣。但当时戈丁在科研方面致力于推行“更快、更好、更廉价”的改革,对望远镜的设计进行了一系列具有风险的变动,直到1999年NASA接连损失广角红外探测望远镜、火星气候轨道器和火星极地着陆者,韦伯望远镜才恢复传统设计,但这也导致它的预算突破十亿美元。

来自各个国家、各个机构的科学家们纷纷参与这个项目,不断增加韦伯望远镜的复杂性。这些新增的功能设计又涉及许多昂贵、还未完全成熟的前沿技术,每一项都要保证在五年内无差错运行。“大家都怕错过这种一辈子才有一次的机会”,韦伯望远镜前项目负责人Peter Stockman说道。而且那时候也看不到任何节制的必要:NASA的天文物理经费当时仍在逐年增加。

在这种情况下,NASA在韦伯望远镜的初期的技术建设上就花了20亿美元。但NASA并不打算砍掉项目的任何部分来削减开支,反而寻找更多的合作者来分担资金,包括欧洲空间局和加拿大宇航局。

因而,当2008年韦伯望远镜的设计方案最终通过初审,NASA正式宣布项目上马时,韦伯望远镜项目早已从“更快、更好、更廉价”变成了一个肩负重重使命、关联多家机构、经费数十亿的庞然大物。

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发表于 11-24-2016 02:47 PM 来自美国米群网手机版 | 显示全部楼层
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