韋伯太空望遠鏡：或許遠超人類想像

11月，隨著美國航天局正式宣布韋伯太空望遠鏡建成，哈勃太空望遠鏡終於有了「接班人」，可以安心「退役」了。

事實上，韋伯經歷了漫長的等待期，苦苦煎熬，歷經延時與超支。但最終，這項堪稱人類天文與宇宙史上消耗最大且最昂貴的工程，即將於2018年發射至日地平衡第二拉格朗日點，正式開啟其探測宇宙第一代天體誕生與演化的「世紀之旅」。

強大的紅外探測能力

不同溫度的天體，輻射不同，波段也不同。眾多質量非常小的遙遠恆星或氣體雲，擁有著極高的紅移水平，其發射的紫外和可見光都已移至紅外。

而對於可見光波段太空望遠鏡哈勃來說，紅外能力的缺失，也成為其讓位於韋伯的重要因素。

由於早期宇宙的輻射能量已從紫外移至紅外波段，且行星的輻射相比其主星的輻射，在紅外波段遠強於光學波段，兩個原因促使韋伯可以在人類理解宇宙起源以及搜尋系外行星生命跡象上做到無可匹敵。

「憑藉強大的紅外功能，韋伯可以在極低溫度下發揮自身的探測優勢。」據中科院國家天文台研究員詹虎介紹，與哈勃不同，韋伯不僅能在近紅外波段工作，更可在零下220攝氏度的低溫下作業，並在零下273攝氏度的環境中運行。而這樣的低溫對於紅外觀測非常有利，可以大幅減少紅外探測器自身的暗電流和外界熱輻射產生的背景雜訊，提高探測極限。

「此外，韋伯遠離了地球本身的熱輻射，避免地表反射帶來的影響，這也減少了更多的背景熱雜訊。」中科院紫金山天文台研究員鄭憲忠對此補充道。

就和夜視儀一樣，紅外波段觀測的一個難題是儀器本身的紅外輻射比較強，強到甚至超過要觀測的天體，這樣的話，就無法觀測到暗弱的天體了。

南京大學天文與空間科學學院教授陳鵬飛表示，之所以讓儀器在零下220攝氏度下工作，儀器本身的紅外輻射就可以比較弱，弱到不能蓋過遙遠星系的紅外亮度。「這樣我們就能輕鬆實現對第一代星系的觀測了。」

而在北京大學科維理天文與天體物理研究所研究員江林華看來，哈勃光譜能力很弱，而韋伯則擁有強大的光譜能力，其高光譜解析度也是其工作在極低溫度下的原因。

「與此同時，由於韋伯的體積足夠大，其也將躲避掉地球大氣的干擾，提升觀測能力。」中科院南京天文光學技術研究所研究員胡中文介紹。

主鏡面集光區顯威力

作為6倍於哈勃的主鏡面集光區域，韋伯意味著擁有超強的集光能力，可以探測到非常暗弱的天體。

我們都知道，遙遠天體發出的光傳播到地球需要一定的時間，「看得更遠」也就同時意味著我們能看到更早的宇宙。

「韋伯太空望遠鏡的一個重要科學目標是把探測宇宙的視野進一步推進數億年，而我們知道第一代恆星、星系正是在這短短的數億年間迅速形成的。」詹虎認為，韋伯將大大提升人類研究早期宇宙、恆星和系外行星的能力，預期將取得天文學界多個領域的重大突破。

而在胡中文看來，韋伯也是空間天文和光學紅外技術突破以後水到渠成的必然結果。

作為擁有六邊形主鏡面的韋伯，相較於哈勃鏡面面積增加了6倍，而這就意味著其接收光能量的功力也相應增加了6倍，而探測的極限解析度就能因此提高2.4倍。

不僅如此，時間成本的縮短也是韋伯的「功績」之一，在鄭憲忠看來，同樣的天體，哈勃需要6小時的觀測時間，而韋伯只需要1小時。

「韋伯的意義將是里程碑式的。」胡中文表示，未來韋伯的出色能力將與地面大望遠鏡通力配合，形成強力互補。

史無前例的新契機

天文學是探索未知世界的科學，「看得更遠、更清楚」自然成為了人類對天文望遠鏡的期許，只有這樣我們才能對宇宙大小和結構有更深刻的認識。

毋庸置疑的是，韋伯具有的強大太空觀測能力，不僅將帶給我們極高解析度的圖像，由於其自身的中紅外波段可以穿透宇宙塵埃，還將讓我們看見被遮蔽天體內部的結構和宇宙塵埃背後的景象，這也為我們的眾多研究方向帶來了史無前例的新契機。

誠然，初於好奇心，今天尋找系外行星生命已成人類的重要課題之一。通過自身的高靈敏光譜分析能力，韋伯還能通過探測行星表面的溫度和大氣中包含的眾多元素，來確定系外行星生命的存在概率。

在詹虎眼中，特定的觀測條件下，韋伯可以通過光譜觀測分析系外行星的大氣成分，搜尋生命存在的跡象，這樣的工作對於天文學界來說無疑是非常有意義的。

「曾經，我們手上有個小望遠鏡，現在換了個大的。你沒法預計它會發現什麼，就像當年的哈勃一樣。出乎意料的是，哈勃對人類認識宇宙的貢獻遠超過了最初人們的想像。」江林華說。

的確，天文觀測的多樣性和難度使其成為人類最新技術方法實驗的「舞台」。 胡中文為此表示，事實上，在哈勃之後有很多非常成功的天文望遠鏡誕生，這與人類在望遠鏡觀測原理與技術方法上的突破分不開。如果說韋伯專才專用，作為射電天文領域重要成員的FAST，在人類的射電天文領域也必將佔有一席之地。

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