盡管耗資巨大,人類對太空的探索一刻也沒有停止。而明年,也就是2018年,太空事業(yè)又將迎來一項(xiàng)意義重大的事件。明年,全球最大的太空望遠(yuǎn)鏡,即詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡將飛向太空。它是個(gè)宏大的工程,先后經(jīng)過20年才建造完工。
比哈勃望遠(yuǎn)鏡更加先進(jìn)
詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡以第二任宇航局局長命名,此人曾經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)阿波羅計(jì)劃等一系列重大的太空探測項(xiàng)目。它最開始叫做下一代太空望遠(yuǎn)鏡(NGST),是NASA的旗艦項(xiàng)目之一。原計(jì)劃于2011年發(fā)射,但由于項(xiàng)目超支等原因,不得不推遲了7年時(shí)間。
該型太空望遠(yuǎn)鏡于2016年完工,隨后進(jìn)行深度測試。它擁有18個(gè)六邊型的鏡片組成,比之前的哈勃望遠(yuǎn)鏡要強(qiáng)大得多,主要有兩個(gè)方面的原因:首先,它將是人類建造的最大太空望遠(yuǎn)鏡,其收集區(qū)域的面積相當(dāng)于哈勃望遠(yuǎn)鏡7倍。其次,它將用于收集紅外光,而哈勃望遠(yuǎn)鏡對此則不太敏感。
哈勃望遠(yuǎn)鏡是1990年4月24日發(fā)射升空的,迄今為止已工作了27年的時(shí)間,退役日期將是2040年左右。該望遠(yuǎn)鏡的重量為11噸左右,同它相比,詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡的重量要輕一半左右,能力卻要強(qiáng)很多很多。
詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡太空望遠(yuǎn)鏡能夠在接近絕對零度的溫度工作,這個(gè)溫度就是零下273.15攝氏度。它是熱力學(xué)的最低溫度,是粒子動(dòng)能低到量子力學(xué)最低點(diǎn)時(shí)物質(zhì)的溫度。不要說這個(gè)溫度,即便是在零下40度的條件下,也被凍成狗了。
哈勃望遠(yuǎn)鏡的活動(dòng)位置是離地表600千米的低軌道上,而詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡太空望遠(yuǎn)鏡的工作位置要遠(yuǎn)得多,它距離地球150萬千米。如此遠(yuǎn)的距離,要派航天飛機(jī)進(jìn)行維修簡直太遠(yuǎn)了。因此在設(shè)計(jì)之初,就沒有考慮要派人進(jìn)行維修的因素。
這臺(tái)世界上最先進(jìn)的太空望遠(yuǎn)鏡將被部署到第二拉格朗日點(diǎn)附近。由于所處位置的引力相對穩(wěn)定,因此對于鄰近的天體來說位置相對固定,無需頻繁地修正位置,觀測更加穩(wěn)定,且不受地球軌道附近灰塵的影響。
造價(jià)相當(dāng)于國產(chǎn)航母
詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡位于地球的背向太陽的一面,可遮蔽太陽的紅外光。其主反射鏡由鈹制成。在軍工領(lǐng)域,鈹是一種非常關(guān)鍵的材料,主要用于洲際彈道導(dǎo)彈、航天器和核彈頭上。
鈹在地殼中的含量雖然不像貴重金屬那么稀少,但在探明的幾十種鈹?shù)V石之中,只有綠寶石等少數(shù)幾種材料具有進(jìn)行工業(yè)開采和提煉鈹?shù)哪芰,因此有觀點(diǎn)認(rèn)為,鈹是從寶石里面發(fā)掘出來的。
不僅僅需要價(jià)格非常高的材料,而且加工的精度要求也極高。每個(gè)鏡面的拋光誤差不得超過10納米,1納米=10^-9米。頭發(fā)絲的精度為0.05毫米左右,將它平均剖成5萬根,每根的厚度就是1納米。工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的加工精度一般用絲(就是頭發(fā)絲)來衡量。如此一對比,就知道要求的精密程度有多高了。
反映到造價(jià)上來,詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡是極其高昂的,它要花費(fèi)87億美元。“福特”級(jí)核動(dòng)力航母的價(jià)格為130億美元左右,詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡沒有它高。但可以肯定的是,它的價(jià)格同我國的國產(chǎn)航母不相上下。
國產(chǎn)航母的排水量為7萬噸左右,是個(gè)十足的龐然巨物,涉及工業(yè)部門無數(shù)。而詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡的重量只有6.5噸,全長20.19米,寬14.16米。由此一對比,就會(huì)發(fā)現(xiàn)該太空望遠(yuǎn)鏡的資金投入密度相當(dāng)之高。
用于探索宇宙初期狀態(tài)
詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡的主要認(rèn)為是調(diào)查宇宙微波背景輻射,即宇宙大爆炸理論的殘余紅外線證據(jù)。通過這種觀測行動(dòng),人類可以判明我們今天宇宙的初期狀態(tài)究竟是什么樣子的。在每塊鏡片的尾部,有7個(gè)馬達(dá),能夠?qū)︾R片的形狀和方向進(jìn)行非常精密的調(diào)整,其調(diào)整精度為10納米。
計(jì)劃用于發(fā)射詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡的是阿利亞娜-5運(yùn)載火箭,它是個(gè)重量高達(dá)777噸的巨物,總體高度為52米,相當(dāng)于17層樓高。該型火箭擁有強(qiáng)大的運(yùn)載能力,將詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空毫無問題。
在詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡的背后,總共有20個(gè)國家都作出過很大的貢獻(xiàn),包括美國、意大利、荷蘭、挪威、捷克、瑞典和英國等等。2018年,這個(gè)重大的時(shí)刻即將到來。在發(fā)射6個(gè)月后,詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡將正式投入運(yùn)營,主要由約翰霍普金斯大學(xué)的太空望遠(yuǎn)鏡研究所實(shí)施地面控制和進(jìn)行協(xié)調(diào)工作。雖然用費(fèi)頗高,但這無疑將是人類尋求宇宙奧秘的又一重大步驟。