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1個(gè)飛行160多萬(wàn)公里韋伯太空望遠(yuǎn)鏡到達(dá)最終目的地

2022-01-28 10:53:45 來(lái)源：網(wǎng)易科技

美國(guó)宇航局 (NASA) 的詹姆斯?韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)過(guò)去 1 個(gè)月中在太空中飛行了 160 多萬(wàn)公里，于美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間周一進(jìn)行了最后一次航向修正操作，終于到達(dá)了其最終目的地。現(xiàn)在，JWST 將永久停留在那里，并開(kāi)始履行觀察宇宙中最古老恒星和星系的使命。

作為有史以來(lái)發(fā)射到太空的最強(qiáng)大望遠(yuǎn)鏡，JWST 在 2021 年圣誕節(jié)當(dāng)天發(fā)射升空，但由于體積太大而無(wú)法以最終形態(tài)進(jìn)入太空，研究人員不得不將其折疊在火箭內(nèi)發(fā)射。到達(dá)太空后，JWST 就開(kāi)始了極其復(fù)雜的變形和展開(kāi)動(dòng)作，以前從未有航天器展示過(guò)這樣的超能力。然而，JWST 的每個(gè)部署操作都被執(zhí)行得天衣無(wú)縫，最終于 1 月 8 日完成了主要部署，并展開(kāi)為最終形態(tài)。

不過(guò)這個(gè)過(guò)程讓任務(wù)團(tuán)隊(duì)充滿了擔(dān)憂，因?yàn)槊總€(gè)步驟都必須按計(jì)劃實(shí)施，一次小小的失敗就可能會(huì)危及 JWST 的整個(gè)任務(wù)。但任務(wù)團(tuán)隊(duì)的擔(dān)憂并沒(méi)有在展開(kāi)完成后結(jié)束，JWST 仍然必須進(jìn)入太空的最后軌道才能恰當(dāng)?shù)赝瓿扇蝿?wù)。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)販p速，它有可能進(jìn)入錯(cuò)誤的軌道或完全錯(cuò)過(guò)目標(biāo)軌道。這樣的失敗可能會(huì)使任務(wù)的未來(lái)變得復(fù)雜，使科學(xué)家與這個(gè)耗資近 100 億美元的太空望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行溝通變得極其困難。

幸運(yùn)的是，JWST 完美地完成了最后的部署。NASA 旗下戈達(dá)德太空飛行中心 JWST 項(xiàng)目經(jīng)理比爾?奧克斯 (Bill Ochs) 在聲明中說(shuō)：“在過(guò)去的一個(gè)月里，JWST 取得了驚人的成功，這是對(duì)所有花了幾十年時(shí)間來(lái)確保任務(wù)成功的人們表達(dá)的敬意。”

雖然用了一個(gè)月的時(shí)間才走到這一步，但 JWST 并沒(méi)有花很長(zhǎng)時(shí)間就將自己引導(dǎo)到了最終目的地。在美國(guó)東部時(shí)間周一下午 2 點(diǎn)左右，JWST 啟動(dòng)了機(jī)載推進(jìn)器約 5 分鐘。這是 JWST 完成三次航向修正的最后一次，使航天器放慢速度，以便以非常精確的方式進(jìn)入其預(yù)定太空軌道。

JWST 現(xiàn)在圍繞著太空中 1 個(gè)看不見(jiàn)的點(diǎn)運(yùn)行，這個(gè)點(diǎn)被稱為地球-太陽(yáng)拉格朗日點(diǎn)。這是個(gè)有點(diǎn)兒神秘的空間區(qū)域，太陽(yáng)和地球的引力和向心力在這里達(dá)到平衡，使物體能夠保持在相對(duì)穩(wěn)定的位置上。JWST 主承包商諾斯羅普?格魯曼公司的高管讓-保羅?皮諾 (Jean-Paul Pinaud) 稱：“在重力實(shí)現(xiàn)完美平衡的地方，正在進(jìn)行一場(chǎng)小小的拔河比賽，但還沒(méi)有人獲勝。”

太陽(yáng)和地球共享五個(gè)這樣的拉格朗日點(diǎn)，它們散布在地球的周?chē)WST 圍繞著名為 L2 的拉格朗日點(diǎn)運(yùn)行，它距離太陽(yáng)更遠(yuǎn)。在這個(gè)位置，當(dāng)?shù)厍蚶@著恒星運(yùn)行時(shí)，JWST 將幾乎同步地跟隨著這顆行星，就像一個(gè)恒定的伴侶，總是在與地球相對(duì)的同一位置上。無(wú)論地球圍繞太陽(yáng)運(yùn)行在哪里，JWST 都保證距離我們大約 160 萬(wàn)公里。

JWST 圍繞 L2 運(yùn)行的軌道實(shí)際上相當(dāng)寬，大致相當(dāng)于地球和月球之間的距離。但如果沒(méi)有外力幫助，JWST 不可能永遠(yuǎn)保持在這個(gè)軌道上。L2 是所謂的“偽穩(wěn)定軌道”，也就是說(shuō)，圍繞這個(gè)位置運(yùn)行的物體有向 1 個(gè)方向漂移的趨勢(shì)。

因此，JWST 在其整個(gè)生命周期內(nèi)將不得不對(duì)其運(yùn)行軌道進(jìn)行小幅調(diào)整。每隔 20 天左右，望遠(yuǎn)鏡就會(huì)啟動(dòng)推進(jìn)器兩到三分鐘，以確保它保持在預(yù)定軌道上。最終，這些調(diào)整將決定 JWST 能在太空中保持多長(zhǎng)時(shí)間的活躍狀態(tài)。當(dāng)推進(jìn)劑在未來(lái) 10 到 20 年內(nèi)耗盡時(shí)，望遠(yuǎn)鏡的任務(wù)就會(huì)結(jié)束。

這看起來(lái)可能是個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的位置，需要付出大量額外的努力才能保持 JWST 的穩(wěn)定。但出于各種原因，L2 對(duì) JWST 來(lái)說(shuō)是最具吸引力的地方，也許最大的優(yōu)勢(shì)在于它與地球和太陽(yáng)的距離。JWST 可以收集紅外光，這是一種與熱有關(guān)的光。由于這種設(shè)計(jì)選擇，望遠(yuǎn)鏡必須時(shí)刻保持極低的溫度。

這就是為什么 JWST 配備了永遠(yuǎn)面向太陽(yáng)的防曬罩的原因，它將反射太陽(yáng)的熱量，使望遠(yuǎn)鏡保持低溫狀態(tài)。不過(guò)，如果 NASA 不小心，附近任何發(fā)出熱量和紅外光的物體都可能擾亂 JWST 的觀測(cè)。通過(guò)將望遠(yuǎn)鏡放置在離地球 160 萬(wàn)公里的地方，NASA 保證了來(lái)自地球和月球的紅外光不會(huì)干擾或加熱望遠(yuǎn)鏡。

從能量的角度來(lái)看，L2 也很合適，因?yàn)?JWST 的一側(cè)總是面向太陽(yáng)的。在加熱的那一側(cè)，望遠(yuǎn)鏡有個(gè)太陽(yáng)能電池板，不斷收集陽(yáng)光為其供電。其他航天器就沒(méi)有這樣的奢侈設(shè)計(jì)，如環(huán)繞地球軌道的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡。每當(dāng)哈勃在地球的背面運(yùn)行時(shí)，它就失去了太陽(yáng)的視野，必須將能量?jī)?chǔ)存在電池中。JWST 永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)這種情況。諾斯羅普?格魯曼公司 JWST 任務(wù)系統(tǒng)工程負(fù)責(zé)人凱爾?霍特(Kyle Hott)說(shuō):“我們基本上擁有無(wú)限的任務(wù)操作能力，而且我們不必?fù)?dān)心任何日食。”

在繞地球運(yùn)行時(shí)，日夜不停地轉(zhuǎn)換也會(huì)帶來(lái)很多影響，比如溫度的極端波動(dòng)會(huì)使航天器發(fā)生碰撞和振動(dòng)，導(dǎo)致其儀器隨著時(shí)間的推移而退化。而 JWST 在其整個(gè)生命周期中都將在大致相同的溫度下運(yùn)行。

此外，還有保持持續(xù)溝通的好處。由于 L2 相對(duì)于地球總是處于相同的位置，JWST 將在任何時(shí)候都與地球保持特定的距離。這意味著我們可以經(jīng)常與望遠(yuǎn)鏡保持聯(lián)系。霍特說(shuō)：“我們可以在 L2 受到地球和太陽(yáng)的牽引，這樣我們就可以和望遠(yuǎn)鏡保持良好的、方便的、持續(xù)的通信，這也簡(jiǎn)化了很多任務(wù)操作。”

進(jìn)入最終軌道為 JWST 的危險(xiǎn)太空之旅暫時(shí)畫(huà)上了句號(hào)，也為科學(xué)觀測(cè)鋪平了道路。不過(guò)，我們還需要等待 JWST 做好最后準(zhǔn)備。在這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡投入使用之前，科學(xué)家和工程師很快就會(huì)開(kāi)始精確地對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡的鏡子，測(cè)試所有儀器，以確保它們準(zhǔn)備好收集宇宙中最古老恒星和星系的首批圖像。

這個(gè)過(guò)程將需要幾個(gè)月的時(shí)間，但如果進(jìn)展順利，JWST 拍攝的第一批圖像最早可能在今年夏天傳回地球。

關(guān)鍵詞：韋伯太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)射早期宇宙黑暗屏障