美国将于后年发射升空的詹姆斯韦伯望远镜比起现在的哈勃望远镜有哪些优势?

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新一代詹姆斯?韦伯望远镜在质量上有什么优势?~

天文望远镜是人类观察宇宙最重要的工具。
为了能够看清更远的天体,科学家将望远镜的口径做得越来越大。迄今,人类制造的最大的天文望远镜位于夏威夷冒纳克亚山的凯克天文台,每个质量达300吨,足有8层楼高,口径达到10m,可以将人类肉眼所能看到的星光亮度增强1000万倍,能够观测到上百亿光年远的天体。天文学家用它来研究早期恒星是如何在“大爆炸”后的原始气云中形成的,还用它首次发现了太阳系外的行星。不过,10m口径已经达到了光学望远镜的极限,因为透镜越大,玻璃吸收的光线越多,反而会使放大的影像变模糊。
后来,科学家找到了提高望远镜分辨能力的好方法,即不再采用整块透镜,而是用数块甚至数十块较小的透镜,组成一个阵列,用精确的原子钟校正这些小透镜,使它们接收影像的时间一致,然后用电脑将图像拼合起来,其效果等同于一个口径为这些小透镜口径之和的大望远镜,科学家称之为“甚大光学望远镜阵列”。目前正在建造的欧洲南方天文台甚大光学望远镜阵列就是由4个8.2m透镜和8个1m透镜组成的,另一座即将建造的“大麦哲伦”望远镜准备采用36块透镜,可以将现有望远镜视力提高20倍。
为了克服大气的干扰,科学家们还将望远镜安置在地球轨道上,称为太空望远镜。其中最有名的当属哈勃太空望远镜,它于1990年4月发射升空,主镜口径为2.4m,可以观测到140亿光年远的天体,能看到暗至29等的星光,相当于看清500km之外一支蜡烛的光亮。
尽管哈勃太空望远镜做出了很多重要的发现,但它的寿命最长只能持续到2010年前后,届时需要由新一代太空望远镜来接替它的工作,这就是詹姆斯?韦伯太空望远镜。
詹姆斯?韦伯望远镜能够探测到更远的太空,但质量只有哈勃望远镜的1/3。它采用反射式结构,省略了镜筒,主镜片直径约为6m,由18块六角形的镜片组成,探测遥远暗淡天体的能力是哈勃望远镜的400倍。
科学家计划于2011年将詹姆斯?韦伯太空望远镜发射升空,定位在距地球151万km远的日地系统平衡点,既远离大气尘埃的影响,也没有空间碎片撞击的风险。望远镜始终处于地球背离太阳的阴影中,可使日、地辐射对光学系统的影响最小。
詹姆斯?韦伯望远镜将主要利用红外波段进行观测,对宇宙的纵深进行研究,目的是了解星系、恒星以及包括地球在内的行星从宇宙“大爆炸”至今经历了怎样的演化过程。科学家希望用它“捕捉”到宇宙第一缕光线,即大约110亿年前最初的恒星和星系形成时发出的光芒。

同“哈勃”相比,“詹姆斯·韦伯”更大、更精密,能勘测到更远的太空!而质量只有“哈勃”的三分之一。有趣的是,它还是一架没有镜筒的望远镜。在外型上,“詹姆斯·韦伯”与哈勃望远镜几乎没有一点相似之处。它主镜片的直径约为6米,比哈勃太空望远镜的主镜片宽2.5倍。如此巨大的镜片,使得它能够探测到光亮度很低的星体,这一点比“哈勃”要强上400倍!由于没有哪个运载火箭的容量可以大到有效容纳如此大的镜片,因此,“詹姆斯·韦伯”的镜片将会被做成一系列六边形分镜片,发射时分镜片将被折叠起来。在发射之后,一个大约有网球场大小的遮光罩将在太空中缓缓展开,这样就可以遮挡住来自太阳的热量了。按计划,“詹姆斯·韦伯”将在2031年由“阿丽亚娜5型”运载火箭发射升空,升空后它将在距地球150万千米的空间位置飞行。和哈勃太空望远镜不一样的是,“詹姆斯·韦伯”因为距离地球太遥远,所以无法派宇航员进行维修保养,因此它的设计制造必须完美无缺,否则将功亏一篑!

詹姆斯·韦伯太空望远镜堪称是目前人类制造的最强大的太空望远镜,其总计造价88亿美元,预计正式运行花费将超过100亿美元。
那么詹姆斯韦伯太空望远镜和哈勃望远镜相比到底有哪些优势呢?
①它是著名的哈勃太空望远镜和施皮策太空望远镜的后继计划,也就是增强版,当然要后浪推前浪了。
比如说硬件很硬,望远镜口径就达6.5米,而哈勃只有2.4米,前者是后者2.7倍还多。聚光面积高达25平方米,而哈勃只有4.3平方米,前者是后者5倍多。
②它能够看到更远更古老的宇宙。
哈勃最大极限可以看到宇宙大爆炸后4.8亿年的景象,而韦伯至少能够观测到宇宙诞生2亿年时的景象。
探测宇宙大爆炸的余晖——宇宙微波背景辐射,正是它最主要的使命。
③它的主镜强大无比。
由18块六角形反射镜构成,由稀有金属铍制成,每个镜面的抛光误差均不超过10纳米。
还有更先进的地方,每块镜片背部都装有7个马达,能在10纳米的精度内调整镜片的形状和方向。
另外,它的主体也不呈筒状,而是在主镜下展开座席状的遮光板。这就是说,聚光部分和镜面部分全都裸露在外,因此观测范围非常宽阔。
④它的运行轨道位于第二拉格朗日点,也就是距离我们150万公里的深空,远比距离地表600公里的哈勃遥远得多,该点永久背对着地球,引力场相对稳定,也没有近地轨道的尘埃和垃圾影响,具有超好的观测位置和视野。
⑤韦伯太空望远镜代表着21世纪第二个十年的人类最高技术水准,而哈勃太空望远镜仅代表了20世纪80年代的水平,两者差距可想而知。单从红外波段上的观测能力衡量,韦伯望远镜要比哈勃望远镜强大16倍。



不过,它俩不是竞争关系,只会互通有无、携手合作共同探索未知的宇宙。



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