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詹姆斯·韦伯太空望远镜已到达最终观测位置


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詹姆斯·韦伯太空望远镜已到达最终观测位置

  • 乔纳森·阿莫斯(Jonathan Amos)
  • BBC科学事务记者
2022年1月25日上午9点04分
Artwork: James Webb

图像来源,NASA/CIL/ADRIANA MANRIQUE GUTIERREZ

 
图像加注文字,

效果图:韦伯望远镜应该将在6月或7月全面进入科学运作

 

在发射升空三十天后,詹姆斯·韦伯望远镜(James Webb Telescope)已经在太空中抵达其将要观测宇宙的位置。

这个被称为拉格朗日L2点(Lagrange Point 2)的位置,在地球阴面之外100万英里(150万公里)处。

韦伯望远镜是依赖一段5分钟的短时间推进器燃烧,最终被推进这一轨道。

现在,地球上的控制人员将会在接下来的几个月对望远镜进行调节,为科学研究做准备。

核心的任务包括打开这台观测望远镜的四个设备,以及调节各面镜的焦点——特别是由多个部分组成的6.5米宽主镜。

“将全部18个部分从现在的状态调节成一面大主镜,还要将副镜调到最佳状态,当中有颇为繁重的工作要做,”诺斯洛普·格鲁曼公司(Northrop Grumman)的韦伯望远镜首席工程师查理·阿特金森(Charlie Atkinson)解释说。这家美国航天企业与美国太空总署(Nasa)联合主导这个望远镜的研发。

“我们是用科学影像来做到这一点的,这就是为什么我们需要激活这些科学设备,并且检查一些初步校准工作,”他向BBC表示。

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Route to L2
 
图像加注文字,

詹姆斯·韦伯望远镜已经在太空中抵达其将要观测宇宙的位置。

 

韦伯被标榜为著名的哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope)继任者。它在12月25日在法属圭亚那用一枚亚利安5号运载火箭发射升空。

它的总体目标是要拍摄宇宙中第一批发光星体的照片,并观测远方星球,看它们是否适合居住。

欧洲的亚利安5号火箭以近乎完美的轨迹和速度将这个新的观测望远镜送入L2。即使如此,还是必须进行两个阶段的修正,周一(1月24日)的第三阶段将韦伯推进了计划中的停泊位置。

视频加注文字,

视频:詹姆斯·韦伯太空望镜由亚利安火箭搭载升空的瞬间

拉格朗日L2点是太阳和地球附近引力场中的五个“理想位置”之一。在这些位置上,卫星能够用很少的轨道调节来保持位置,从而节省燃料。

另一个好处是,韦伯望远镜在L2点上不会像靠近地球位置的太空望远镜那样,经历温度和光线的大幅摇摆。

这对于这项任务来说至关重要。它的设计是旨在红外光中观察宇宙体系,所以硬件必须保持一贯的超低温状态。

红外光当中有一些波长仅比可视光长一点的光波。举个例子,在红外线中“看得见”,就能让望远镜穿过尘埃,看到一些在一般情况下成像模糊的星体。

Webb main mirror

图像来源,NORTHROP GRUMMAN

 
图像加注文字,

主镜的单独部件必须进行调节,形成一个镜面

 

韦伯现在将围绕L2点转动,与地球和太阳保持着几乎成一直线的方位。

“L2点是假稳定状态,”负责领导诺斯洛普·格鲁曼公司的工程师确保韦伯保持轨道的让-保罗·皮诺(Jean-Paul Pinaud)说。

“飞行操作团队正在准备用常规的燃烧动力保持位置。他们会因应我们的飞行动力学团队所提供的轨道计算资料,每隔20天左右做一次。我们会以相似的方式设置,然后点燃推进器。不过燃烧的强度会比较小。”

在一块巨大防光罩后面的韦伯望远镜光学仪器和设备,不久就会冷却到大约-230摄氏度(望远镜的其中一些部分已经到达这个温度)。到那个时候,控制人员就会打开韦伯望远镜的近红外摄像机(NIRCam),拍摄一张测试性的星体图片,这是调节主镜程序的开端。

BBC

“在我们第一次聚焦于太空中的一颗星的时候,我们就会知道。事实上,我们会看到18个不同的光点,因为18块单独的镜元件并没有在同一个平面上,”太空总署的设备系统工程师贝戈尼娅·维拉(Begoña Vila)说。

“但我们会调节镜元件,将所有的点聚拢到一起,形成一个单独星体的无异常影像,令正常任务得以进行。”

“这是一个较长的过程。它可能会用上三个月来调试,我们已经做好了这样的准备,”她向BBC表示。

对焦过程涉及控制主镜18块元件背后的小型促动器或者发动机,来调和它们的曲率。当前的错位是以毫米计算,届时将会降低到以纳米计算——这是百万分之一级别的提升。

位于主镜前方、直径74厘米的副镜也会作相似的调节,它的作用是将光反射回设备上。

Separation

图像来源,ARIANESPACE

 
图像加注文字,

从亚利安火箭前端拍下的照片,当时韦伯望远镜已从火箭分离,即将开始下轮旅程

 

目前,韦伯望远镜任务尚未在任何一步出过错。从发射到抵达L2点的旅程,均平安无事。

而且,在离开亚利安火箭前端之后,望远镜打开的复杂过程,也被处理得仿佛是最轻松的排演。

“我们对所有这些程序的精确和成功感到激动,”此次任务的诺斯洛普·格鲁曼公司系统工程师主管凯尔·霍特(Kyle Hott)说。

“想想都觉得不可思议的是,几十年前,这一切还只是纸上谈兵的概念,现在它真的实现了,到达了L2点。我们士气高昂,非常兴奋。”

BBC


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