/ 望遠鏡外觀

　　詹姆士·韋伯太空望遠鏡是由NASA、ESA以及加拿大航天局合作開發的紅外線太空望遠鏡，它將成爲哈勃太空望遠鏡的繼任者。

　　詹姆士·韋伯太空望遠鏡的質量爲6.2噸，約爲哈勃空間望遠鏡（11噸）的一半。其主反射鏡由鈹製成，口徑達到6.5米，面積爲哈勃太空望遠鏡的5倍以上。

　　詹姆士·韋伯太空望遠鏡項目立項時，其名爲“新一代太空望遠鏡”。爲了紀念曾帶領美國開展“阿波羅”登月計劃的美國宇航局第二任局長詹姆士·韋伯，2002年，該項目更名爲詹姆士·韋伯太空望遠鏡。其計劃耗資5億美元，原計劃於2007年發射。但是由於各種原因，進度一再推遲，而且項目嚴重超支，最新估計費用高達96.6億美元，目前發射時間已經推遲到了2021年。

　　孤獨的觀察者

　　相比於哈勃望遠鏡所處的距地550千米的地球軌道，詹姆士·韋伯太空望遠鏡將被安置於距離地球150萬千米外的日地第二拉格朗日點上。第二拉格朗日點位於日地連線上，地球外側。由於受太陽、地球兩大天體引力作用，望遠鏡在這裏消耗很少的燃料即可長期駐留。

　　詹姆士·韋伯望遠鏡的前輩、位於近地軌道的哈勃望遠鏡可以由航天員維修。哈勃共經歷過5次維護，幾乎將這臺望遠鏡能換的部件全部更換了一次。但由於第二拉格朗日點是人類至今未曾到達的“深空”，這使得韋伯太空望遠鏡後續的升級或維修變得幾乎不可能，所以它的設計製造必須完美無缺。未來的系統集成測試中還可能發現未知問題，一旦測試遇到困難，就會導致發射被推遲。這也是詹姆士·韋伯太空望遠鏡發射時間一再被推遲的原因。

　　詹姆士·韋伯太空望遠鏡將被安置於距離地球150萬千米外的日地第二拉格朗日點上

　　作爲紅外望遠鏡，由於對熱紅外具有高敏感度，爲避免望遠鏡工作產生的熱量干擾天文學信號，韋伯望遠鏡需要在-220℃（50K）運行，比絕對零度（約爲-273.15℃）僅高出約50℃。因此，詹姆士·韋伯太空望遠鏡也被稱爲“冰凍望遠鏡”。該太空望遠鏡主要由遮陽板、光學鏡面系統、綜合科學儀器模塊以及航天器總線構成。

　　爲了隔絕來自太陽的紅外線輻射干擾，韋伯望遠鏡附帶了22米長的五層遮陽板。遮陽板由聚酰亞胺薄膜構成，薄膜一面鍍鋁，另一面鍍硅。遮陽板設計爲摺疊十二次，因此它可以安裝在亞利安五號火箭（Ariane 5）的4.57米×16.19米的護罩內。一旦部署在地球-太陽第二拉格朗日點，它將展開到21.197米×14.162米。遮陽板在美國亞拉巴馬州的Man Tech（NeXolve）公司手工組裝，然後交付給美國諾斯羅普·格魯曼（Northrop Grumman）進行測試。

　　光學鏡面系統

　　韋伯望遠鏡採用三鏡系統，可以最大限度地減少三種主要的光學像差，包括球面像差、彗差和散光。韋伯望遠鏡的主鏡是直徑6.5米的鍍金鈹反射鏡，收集面積爲25平方米。這對於現有的運載火箭而言太大了，爲了能夠將望遠鏡裝進亞利安五號重型運載火箭的載荷艙，韋伯望遠鏡的大反射鏡都需要被精心折疊。因此，韋伯望遠鏡的反射鏡片採用18片六邊形鏡片拼接而成。這些被摺疊的鏡片到達距離地球150萬公里外的第二拉格朗日點後，將運用主動光學技術展開成最後所需形狀的主鏡。

　　詹姆士·韋伯望遠鏡主鏡

　　韋伯望遠鏡的光學設計是一種三鏡面反射鏡，它利用彎曲的二級和三級反射鏡來提供在寬視野範圍內無光學像差的圖像。此外，還有一個快速轉向鏡，可以每秒多次調整其位置，以提供圖像穩定。

　　鮑爾航天技術公司是詹姆士·韋伯太空望遠鏡項目的主要光學分包商，由總承包商諾斯羅普·格魯曼公司領導。鮑爾宇航公司製造並拋光了18個主鏡段，二級、三級反射鏡，精細轉向鏡以及飛行備件。主鏡於2016年2月3日完成拼裝，次鏡於2016年3月3日完成安裝。

　　綜合科學儀器模塊

　　綜合科學儀器模塊主要由4個科學儀器模塊構成，分別爲：近紅外熱像儀、近紅外光譜儀、中紅外儀器以及精細制導傳感器（含近紅外成像儀和無縫光譜儀）。

　　近紅外熱像儀是一種紅外成像儀，其光譜覆蓋範圍從可見光（0.6μm）到近紅外（5μm）。近紅外熱像儀還將作爲韋伯望遠鏡的波前傳感器，這是波前傳感和控制活動所必需的。

　　鏡片溫度壓力測試

　　近紅外光譜儀提供三種觀察模式：使用棱鏡的低分辨率模式，R~1000多物體模式和R~2700積分場單元或長縫光譜模式。

　　中紅外儀器將測量5至27μm的中紅外波長範圍。它包含中紅外相機和成像光譜儀。中紅外儀器是由NASA和歐洲國家財團合作開發的，由亞利桑那大學和英國天文技術中心共同研製。

　　精細制導傳感器（FGS）、近紅外成像儀和無縫光譜儀（NIRISS）由加拿大航天局負責研製，用於實現韋伯望遠鏡科學觀察期間的圖像穩定。精細制導傳感器的測量既用於控制航天器的整體方向，也用於驅動精細轉向鏡以實現圖像穩定。由於近紅外成像儀和無縫光譜儀與精細制導傳感器物理安裝在一起，因此它們通常被稱爲單個單元，但它們用於完全不同的目的，一個是科學儀器，另一個是天文臺支持基礎設施的一部分。

　　航天器總線

　　航天器總線是韋伯太空望遠鏡的主要支撐部件，它擁有大量的計算、通信、推進和結構部件，將望遠鏡的不同部分組合在一起。

　　航天器總線的結構必須支持6.5噸的太空望遠鏡，而它本身重350公斤。它主要由石墨複合材料製成。它於2015年在加利福尼亞完成組裝，之後與太空望遠鏡的其餘部分進行整合。

　　航天器總線的另一個重要方面是中央計算、存儲器和通信設備。處理器和軟件將數據傳入和傳出儀器，並通過無線電系統將數據發送回地球並接收命令。計算機還能從陀螺儀和星跟蹤器獲取傳感器數據，並根據反饋輪或推進器發送必要的命令，從而控制望遠鏡的姿態。

　　未來使用構想

　　2006年7月，望遠鏡主鏡完成關鍵振動與聲學試驗；

　　2011年12月，望遠鏡所有鏡片完成冷凍測驗；

　　2017年8月，望遠鏡完成了地面1號測試（GSEG-1），首次成功實現瞭望遠鏡與任務運行中心及地面站之間的端對端通信；

　　2018年1月，詹姆士·韋伯太空望遠鏡完成真空極限低溫測試。

　　近日，詹姆士·韋伯太空望遠鏡的航天器元件準備啓程發往加利福尼亞州雷東多海灘諾斯羅普格魯曼公司附近的聲學和振動測試設施

　　NASA、ESA和加拿大航天局合作研製的詹姆士·韋伯太空望遠鏡，將成爲世界上最先進的太空觀測站，旨在解開從大爆炸之後形成的第一顆恆星和第一個星系，到周圍其他恆星、行星、大氣等的一系列宇宙奧祕。

　　詹姆士·韋伯太空望遠鏡的主要科學任務是尋找大爆炸後宇宙中形成的第一顆恆星和星系的光，研究星系的形成和演化，瞭解恆星和行星系統的形成以及研究行星系統和生命的起源。通過對光譜中的近紅外光而不是可見光進行觀察，可以更有效地實現這些目標。出於這個原因，詹姆士·韋伯太空望遠鏡的儀器不像哈勃望遠鏡那樣測量可見光或紫外光，而是在近紅外光譜範圍內具有更強的能力（對0.6-28μm波長範圍敏感）。

　　詹姆士·韋伯太空望遠鏡的觀察時間主要通過“有保證的時間觀察（GTO）”計劃和“一般觀察員（GO）”計劃進行分配。GTO計劃允許參與設計和建造望遠鏡四大主要儀器的科學家選擇一些初步目標進行觀測。GO計劃爲所有天文學家提供申請觀測時間的機會。GO計劃將通過時間分配委員會（TAC）的同行評審來選擇，預計韋伯太空望遠鏡的觀測時間將被高度超額認購。

　　詹姆士·韋伯太空望遠鏡是未來十年世界上最重要的紅外空間觀測站。韋伯將展示其強大的觀測能力，解開太陽系的奧祕，遠眺其他恆星周圍的遙遠世界，探索我們宇宙的神祕結構和起源以及我們在其中的位置，爲天文學和宇宙學研究提供重要的工具和支撐。

　　文/王俊峯

　　編輯/張永君