JWST團(tuán)隊(duì)中沒(méi)有人會(huì)忘記HST主鏡上存在的幾乎斷送整架望遠(yuǎn)鏡的瑕疵，直到宇航員為在軌的HST安裝了縮焦鏡之后問(wèn)題才得以解決。因此NASA計(jì)劃在真空室里以工作溫度從主鏡到全部?jī)x器對(duì)JWST的所有光路進(jìn)行整體測(cè)試。這也正是技術(shù)人員拆除約翰遜航天中心巨大檢測(cè)室中太陽(yáng)模擬燈的原因。他們的測(cè)試程序會(huì)從HST的差錯(cuò)中吸取教訓(xùn)，不再會(huì)單單由一組測(cè)試來(lái)下結(jié)論。
當(dāng)完全展開(kāi)之后，JWST的18塊六邊形鍍金拼接鏡面會(huì)構(gòu)成有效直徑6.5米的主鏡。這使得JWST的集光面積達(dá)到了HST的6倍多。通過(guò)分析獲得的圖像，計(jì)算機(jī)軟件會(huì)控制安裝在拼接鏡面后面的觸動(dòng)器來(lái)微調(diào)主鏡的整個(gè)形狀。
通過(guò)遠(yuǎn)離任何熱源以及一個(gè)網(wǎng)球場(chǎng)大小的太陽(yáng)傘所提供的永久陰影，JWST及其所搭載的儀器會(huì)被動(dòng)冷卻到它們-233℃的工作溫度。在抵達(dá)L2大約6個(gè)月之后，JWST就將開(kāi)始其為期5年的科學(xué)使命。如果運(yùn)氣好，它的壽命可以延長(zhǎng)到10年。
直擊紅外
1989年天文學(xué)家們便開(kāi)始討論HST的繼任者，當(dāng)時(shí)甚至距離HST的發(fā)射還有整整一年。到20世紀(jì)90年代中期，他們已經(jīng)確定了這架空間望遠(yuǎn)鏡的規(guī)格，要求它具有4米或者更大的主鏡并且對(duì)紅外波段進(jìn)行優(yōu)化。
那么為什么要針對(duì)比可見(jiàn)光波長(zhǎng)還要更長(zhǎng)的紅外波段呢？HST已經(jīng)為天文學(xué)家提供了前所未見(jiàn)的最年輕星系的動(dòng)人影像，但它可以回溯的時(shí)間仍然有限。這些遙遠(yuǎn)的目標(biāo)不僅小而暗，同時(shí)宇宙的膨脹還會(huì)拉伸并且紅移它們所發(fā)出的輻射。星系的距離越遠(yuǎn)，它的紅移就越大。
例如，一個(gè)紅移為1的星系（它所發(fā)出光的頻率移動(dòng)了100%），它的距離將近80億光年，我們看到的它正處于宇宙的年齡尚不足其今天137億年一半的地方。更形象地說(shuō)，從目前的宇宙遙看一個(gè)紅移為1的星系就相當(dāng)于一個(gè)70歲的人看到他/她30歲的樣子。從這個(gè)意義上講，在宇宙中遠(yuǎn)望就等效于時(shí)間旅行。
[圖片說(shuō)明]：這是用來(lái)整體測(cè)試JWST光學(xué)元件和太陽(yáng)防護(hù)罩的模擬器。版權(quán)：NASA/GSFC。
天文學(xué)家有一個(gè)巧妙的辦法可以快速地估計(jì)星系的紅移。波長(zhǎng)91納米（1納米=1/1,000,000,000米）的紫外光具有足夠的能量可以剝離氫原子的電子。結(jié)果是，整個(gè)宇宙中散布的氫就可以吸收掉這一波長(zhǎng)以及更短波長(zhǎng)的輻射。因此，通過(guò)在不同的濾光片下來(lái)看同一個(gè)星系，天文學(xué)家就能借由尋找該星系在哪個(gè)波長(zhǎng)上消失了來(lái)估計(jì)出它的紅移和距離。
在紅移3.5附近，宇宙的膨脹會(huì)把這一“星系隱去”特征推出紫外進(jìn)入可見(jiàn)光波段。在這一距離上，類太陽(yáng)恒星所發(fā)出的光則被紅移到了紅外波段。而到了紅移7.5處，“星系隱去”特征本身就位于了紅外波段。
深入紅外波段還使得JWST特立于未來(lái)十年天文學(xué)家想建造的大型地面設(shè)備。因?yàn)閺牟ㄩL(zhǎng)1.7微米（1微米=1/1,000,000米）開(kāi)始所有的地面望遠(yuǎn)鏡甚至是HST都會(huì)向外發(fā)出輻射。加之大氣本身的輻射幾乎阻斷了絕大部分的紅外波段，當(dāng)你進(jìn)入波長(zhǎng)大于5微米的波段時(shí)，JWST比起地面上相同大小的望遠(yuǎn)鏡要好上一百萬(wàn)倍。而JWST上的中紅外設(shè)備會(huì)進(jìn)一步加大這一優(yōu)勢(shì)，賦予它波長(zhǎng)到28.5微米的觀測(cè)靈敏度。
追尋星系
從2002年宇航員在HST上安裝了高新巡天相機(jī)開(kāi)始，天文學(xué)家已經(jīng)用它和星系隱去技術(shù)測(cè)量了紅移在3到6之間的大約6,000個(gè)星系。2005年，光譜測(cè)量確認(rèn)了哈勃超深空區(qū)（HUDF）――HST花了11天的時(shí)間“盯”著南天相對(duì)較空的區(qū)域所拍攝的圖像――中的一個(gè)隱去星系紅移為6.7，對(duì)應(yīng)的宇宙年齡只有8億年。如果還是用人來(lái)形容的話，相當(dāng)于一個(gè)70歲的人看到他/她4歲時(shí)的樣子。
這一說(shuō)法其實(shí)非常的恰當(dāng)，因?yàn)榻嘈窍岛瓦b遠(yuǎn)星系相比幾乎沒(méi)有相似之處。在20世紀(jì)20年代，埃德溫?哈勃對(duì)星系的研究發(fā)現(xiàn)近距星系中差不多一半是和我們銀河系類似的旋渦星系。另外40%是橢圓星系，其余的10%是不規(guī)則星系或者是并合中的星系。
根據(jù)HST20世紀(jì)90年代的巡天觀測(cè)，到紅移為1時(shí)，有關(guān)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果就會(huì)變得亂七八糟。在這個(gè)距離上，宇宙所包含的旋渦星系和橢圓星系不足近距的一半，而不規(guī)則星系和并合星系的數(shù)量則是近距的5倍多。HST所看到的許多最遙遠(yuǎn)的星系不僅小而且暗弱，形狀上也不規(guī)則，表明我們今天所看到的星系是由大量矮星系碰撞并合而形成的。
[圖片說(shuō)明]：NASA戈達(dá)德航天中心潔凈室的全景照片，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)攝像頭可以觀看其中身著白大褂的工作人員測(cè)試JWST部件的過(guò)程。版權(quán)：NASA/GSFC/Chris Gunn。
2009年天文學(xué)家使用HST的大視場(chǎng)照相機(jī)3把紅移極限又往前推進(jìn)了一步（詳見(jiàn)《天文愛(ài)好者》2010年第8期《宇宙黎明時(shí)分的星系》）。他們?cè)贖UDF中發(fā)現(xiàn)了紅移在7到8之間的隱去星系。此外他們還發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)紅移可能高達(dá)10的星系。如果被證實(shí)，我們所看到這些星系正處于宇宙誕生之后不到5億年的時(shí)期。
這一佐證將來(lái)自JWST，它可以探測(cè)紅移到20（大爆炸之后1.8億年）甚至更高的早期宇宙。在這個(gè)距離上，所見(jiàn)的宇宙就相當(dāng)于70歲的人看到他/她11個(gè)月蹣跚學(xué)步時(shí)的樣子。JWST在那里所發(fā)現(xiàn)的任何一個(gè)矮星系都是新生的。
JWST的另一創(chuàng)新是微快門(mén)，它可以使得JWST同時(shí)獲得數(shù)百個(gè)星系的光譜。在JWST近紅外攝譜儀中，四個(gè)郵票大小的陣列包含了近25萬(wàn)個(gè)微型電機(jī)快門(mén)，其中的每一個(gè)都可以由磁性開(kāi)啟和關(guān)閉。有了數(shù)千個(gè)星系光譜在手，天文學(xué)家就能夠了解星系的類型以及化學(xué)組成隨紅移的變化，由此就能回答一些有關(guān)星系是如何形成的問(wèn)題。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
相關(guān)文章
熱門(mén)資訊
精彩導(dǎo)讀
關(guān)注我們
