历经多年拖延、耗资百亿美元，12月25日，美欧天文学界终于等到一份特殊的“圣诞礼物”：现有性能最强、造价最贵的太空望远镜詹姆斯·韦布发射升空并顺利入轨。
作为31岁高龄的哈勃太空望远镜的“继任者”，韦布承载着美欧深空探测的长期期待，即将开启探寻宇宙初始状态、寻找地外生命迹象等高难度任务。它有哪些绝活，为何拖延已久，又将带来怎样的惊喜？
挑战之旅
美国东部时间25日7时20分，韦布太空望远镜搭载阿丽亚娜5型火箭从法属圭亚那库鲁航天中心发射升空。飞行27分钟后，它与火箭分离并顺利进入预定轨道，朝着160万公里外的目的地飞奔而去。这一距离相当于地球与月球距离的4倍多，远超现役哈勃太空望远镜与地面600公里的距离。
接下来的1个月，它将借助复杂装置，一边飞行一边“开屏”。首先，展开太阳帆板，对准通信天线；随后，展开5层遮阳板；最后，展开主镜、副镜和其他数十个部件。主镜直径超过6.5米，由18片六边形金属镜组成，灵敏度相当于哈勃的100倍。遮阳板展开后足有网球场那么大，对冷却主镜和红外探测器至关重要。
全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩指出，作为新一代太空望远镜，韦布太空望远镜特点鲜明。一是口径更大，直径相当于哈勃两倍多，可以看得更远。二是通过红外波段观测宇宙，灵敏度更高，能穿透气体和尘埃，捕捉遥远的早期星系发出的微弱光线，探测宇宙最早期的一些信息。这与哈勃成像的光的波长不同，哈勃主要在紫外光、可见光和近红外光波段观测。三是运行在太阳和地球之间的第二个拉格朗日点（L2点），可减少地球辐射或太阳光的影响，并能依靠地球和太阳的共同引力保持相对静止，节省燃料消耗。四是它是世界上首个没有镜筒的望远镜，采用分裂展开的方式，设计巧妙，技术复杂，因此费用一直在涨。
按计划，它将在明年1月后完全展开设备，并抵达观测点。随后5个月里，研究人员将进行远程调试校准。明年6月底前后，它将正式“上岗”。科学家预计，韦布的任务将持续至少5年，也可能10年。时长受到韦布携带的燃料量的限制，这是其保持正确轨道、并指向预定方向所必需的。不过，工程师们特意让韦布的燃料箱呈打开状态，如果未来技术可行，造访的航天器可以为其加满燃料。
“整个过程面临较大挑战。”《航空知识》杂志主编王亚男指出，因为其工作轨道距地球遥远，人类不可能像此前维修哈勃太空望远镜那样派遣航天飞机完成。这对于系统可靠性和成熟度要求很高。但从各项严格测试来看，韦布太空望远镜目前状态较为理想，未来的成功率较高。
“接下来的半年，韦布可能会有300多个操纵动作，关键设备会有备用选项，但仍有一定风险，可靠性大约为70%。”庞之浩称。
漫长等待
25日发射成功后，参与开发的美国航天局（NASA）、欧洲航天局都在第一时间发推文庆祝。对于研发人员和广大天文爱好者来说，从项目出炉到发射升空，这段等待漫长而曲折。
1990年哈勃望远镜发射后不久，NASA就开始着手准备下一代太空望远镜，1996年开始招标，以NASA第二任局长詹姆斯·韦布的名字命名，2004年开始建造，最初定于2007年发射。来自美国等20多个国家数千人参与其中。
但由于技术、预算等方面原因，韦布项目延误多年。自2016年11月建成以来，发射日期几经推迟，项目开支不断膨胀，造价从启动时的5亿美元一路飙升至100亿美元，一度被称为“吞噬天文学的望远镜”。就在今年12月最后关头，它还因技术故障、强风天气推迟发射好几次。
外界评估，多次“跳票”的最重要原因在于技术缺陷，许多首次应用的新技术，如轻量化光学元件、可展开的薄膜遮阳板、折叠镜片等都需反复调试。
“多次推迟的一大原因可能在于，科学家最初对技术要求的认识不够清晰，对将望远镜发射到L2点所需的开支估算过于乐观。”王亚男认为，一方面，研发过程中遇到一些技术难关，比如多镜组折叠、18块主镜都可微调角度、在零下233度的极低温环境运转等，导致项目不断延期。另一方面，改进技术和延期都会推高成本，在预算超支的情况下，就形成延期—公关—追加投资的反复循环。
不过，从另一个角度说，“巨额花费下仍然坚持进行，也说明美欧航天界对深空探测，尤其是红外观测的巨大热忱和长期期待。”王亚男说。
远大目标
随着韦布发射升空，无论NASA、科学家还是天文爱好者，都感到振奋。“韦布是一台时间机器，将更好地回答——我们是谁，我们在什么阶段。”NASA局长纳尔逊称。
过去几十年里，科学家们一直试图完成宇宙早期的历史拼图。哈勃自发射以来，科学家们已确定宇宙起源于约138亿年前的大爆炸，第一批星系发出的光已传播136亿年。但迄今为止，仍有很多空白需要填补，比如恒星如何在巨大尘埃中演化？遥远行星大气层是由什么组成？第一批星系是如何在大爆炸后聚集起来？
按照计划，韦布太空望远镜承担四大科学目标：寻找大爆炸后形成的第一批星系或恒星；确定星系如何演化；观测恒星和行星系统的形成；测量行星系的物理和化学性质，探索生命存在的可能性。
“韦布最主要的意义在于，理论视力比哈勃远得多。”王亚男指出，哈勃在近地轨道运行，长时间处于太阳光影响下，目前拍摄到的最古老星系出现在大爆炸后4亿年。韦布飞到遥远轨道，携带巨大遮阳板，创造出阴影区和极低温环境，尽量减少外部干扰，以捕捉宇宙初生时期微弱的红外信号。整套技术很有创意，如果能找到新线索，将意味着人类对宇宙本源认知向前迈进一步，全球天文界都会为之兴奋。
结合前段时间美国太阳探测器首次进入1000多摄氏度的日冕层，王亚男认为，首次把人类镜头“推到太阳脸上”、首次站在L2点上瞄准宇宙，这些举动说明美国作为航天大国，在深空观测领域仍具领先优势。但也要看到，中国也在进行这方面尝试，中国空间站的巡天太空望远镜计划可能会是一个起点，估计2023年发射，这标志着中国深空观测前沿首次从地表推到近地轨道，将是一项重大进步。
庞之浩指出，不可否认，美国在太空观测领域起步较早，上世纪90年代就有四大望远镜：用于探测可见光的哈勃望远镜、探测伽马射线的康普顿望远镜、探测X射线的钱德拉望远镜、探测红外光谱的斯皮策太空望远镜。其中一些已经更新换代。中国目前计划在空间站建成后发射巡天光学舱，携带太空望远镜，其分辨率跟哈勃太空望远镜相同，视长角相当于哈勃的200多倍。它将与空间站共轨运行，风险较小。万一出现故障，航天器可与母港空间站对接维修。
“尽管中国起步较晚，但也在一步步推进，争取实现起步晚、起点高、效益高的发展路线。”庞之浩称。
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来源：作者：安峥
