100 亿美元 造 的 詹姆斯 · 韦伯 空间 望远镜 望 到底 能干 啥 ？ 宇宙 演化 和 外星 生命 就 看 它 了 (3)
這 麽 低 的 溫度 就 可以 使 這個 相機
具有 很 好 的 觀察 紅外線 的 本領
好 那 說完 了 它 的 製冷
咱們 下面 來說 一說 它 的 成像
製冷 的 目的 是 為 了 杜絕 其他 紅外線 的 幹擾
那 麽 最終 把 這個 遠處 的 紅外線 成像 出來
韋伯 望遠鏡 的 成像 範圍
是 在 0.6 微米 到 28.5 微米 這個 範圍 內
0.6 微米 是 可見光 中 的 這個 紅光 部分
然後 它 可以 看到 紅光 它 也 可以 看到 紅外線
這樣 的 一個 部分
那 我們 剛才 說過 了
它 通過 這種 製冷 的 方法
可以 看到 波長 比較 長 的 紅外線
同時 它 靈敏度 要 高 的話
它 的 鏡子 得 大 對 不 對
所以 它 用 了 一個 直徑 是 6.5 米 的
6.5 米 的 一個 主鏡
這個 主鏡 它 是 用 這個 金屬 鈹 製作 的
氫 氦 鋰 鈹 硼 那個 鈹
這個 鈹 它 的 硬度 非常 高 比鋼 還要 高
同時 它 的 密度 又 非常 小
所以 一方面 它 輕便
另外 一方面 不管 是 溫度 高 還是 溫度 低
它 的 形狀 不會 發生變化
這 就是 它 所 要求 的
為 了 做 這個 鏡子 花 了 很大 的 力氣
在 一個 地方 有 這個 鈹 礦
然後 在 另外 一個 地方 進行 打磨
在 另外 一個 地方 怎 麽 怎 麽 著
就是 折騰 了 很多 很 多個 地方
才 把 這個 鏡子 做 出來
同時 它 在表面上 還鍍 了 一層 金
那 麽 金 的 特點 在於
它 可以 對 紅外線 的 反射 能力 非常 強
它 可以 把 更 多 的 紅外線 反射 回來
而且 因為 它 這個 鏡子 太大 了
它 沒有 辦法 塞到 火箭 裏邊 怎 麽 辦 呢
人們 想了個 辦法
說 我 可以 做成 一塊 一塊 的
於是 它 就 做 了 18 塊 是 吧
18 塊 小 鏡子 它 可以 自己 拼接 起來
那 麽 在 拼接 的 過程 中
你 不得 進行 調節 得 進行 對焦 嗎
所以 每 一個 鏡子 又 有 6 個微 馬達 是 吧
這個 6 個微 馬達 它 可以 自動 的 進行 對焦 是 吧
需要 對 很長 很長 的 時間
而且 這個 對焦 的 精度 有 多 高 呢
有 1/10000 個什 麽 呢 頭發絲 那 麽 細
就 它 的 對焦 精度 非常 非常 高
可以 達到 1/10000 個頭 發絲 那 麽 細
這 升空 之後 需要 自行 調節 6 個 月 的 時間
除此之外 它 還有 一個
為 了 消除 相差 它 做 了 什 麽 呢
做 了 三級 成像 系統
這個 三級 成像 系統 是 怎 麽 回事 呢
首先 我們 不是 有 一個 主鏡 嗎 對 不 對
這有 一個 主鏡
這 光線 過來 之後 被 主鏡 反射
然後 就 會 到 二級 鏡 就是 凸出來 的 那個 鏡子
這 光線 從 外邊 過來 過來 了 之後 被 主鏡 反射
反射 了 之後 它 就 照到 了 這個 二級 鏡上
到 了 二級 鏡上 之後
這 二級 鏡會 再 把 這個 光線 往前 返 往前 返
照到 了 一個 就是 三級 鏡上
這是 一級 鏡 這是 二級 鏡 照 到 一個 三級 鏡
三級 鏡 是 藏 在 裏邊 的
然後 這個 三級 鏡會 把 這個 光線 繼續 進行 反射
繼續 進行 反射
反射 完 了 之後 遇到 一個 鏡子 反射
反射 完 了 之後 才 會 最終 照 到 這個 相機 裏邊
那 麽 為 什 麽 要 這 麽 幹
這個 是 光學系統 裏邊 的 一個 要求
就是 你 如果 這 麽 幹 了 之後
你 可以 消除 相差 是 吧
所以 有 一次 反射 二次 反射 三次 反射
這 三個 鏡子 合 起來 才能 把 這個 系統 給做 出來
同時 它 還有 一個 就是 快 門陣列
什 麽 叫 快 門陣列 呢
如果 我們 每 一次 對焦 我 只能 照 一個 照片 的話
這個 就 不太好
因為 天上 那 麽 多 星星 對 吧
那 我們 能 不能 同時 照 很 多個 星星 呢
它 就 做到 了 這 一點
就是 它 有 一個 快 門陣列
它 可以 同時 拍攝 100 個 星星 是 吧
每個 星星 都 可以 照出來
就 可以 拍 得 非常 非常 清楚 是 吧
這是 所謂 的 快 門陣列
同時 這些 個 光線 拿 過來 了 之後
我還 可以 輸入 一個 叫做 光譜儀 的 東西 是 吧
用 光譜儀 可以 分析 這些 光 它 的 波長 是 多 大
我們 就 可以 知道 這些 光是 什 麽 物質 組成 的 呢
它 的 紅移量 是 多 大 是不是
進而 能夠 分析 遙遠 處 的 行星 上面 有沒有 生命
那 最後 咱們 再來 說一說 它 的 運動 和 控 製 系統
運動 和 控 製 系統
你 比如說 它 這個 動力 組件
它 上面 有 一個 小 的 火箭
這個 小 的 火箭 裏邊
裝了 一些 像 這個 四氧化二氮 這樣 的 物質
它 可以 怎 麽 樣
它 可以 不用 點火 就 能夠 燃燒
不用 點火 就 能 燃燒
然後 產生 這個 噴氣
這樣一來 它 就 可以 運動 了
這是 其一
其二 就是 它 要 保證 自己 的 姿態
它 的 姿態 必須 是
你 這個 遮光板 你 必須 一直 對著 太陽
防止 太陽 光照 到 我們 的 儀器
那 它 怎 麽 做到 這 一點 呢
它 有 一個 就是 所謂 的 反作用 輪
反作用 輪
這個 也 是 在 空間 航天器 裏面
比較 常見 的 一個 東西
什 麽 叫 反作用 輪
大家 思考 這樣 一個 問題
說 假如 說 有 一個 物體 在 空間 當中
然後 我 上面 加 了 一個 小輪
那 假如 說 這個 小輪 突然 之間 旋轉 起來 會 怎 麽 樣
根據 角動量 守恒
底下 這個 物體 是不是 就會 反著轉 呢
所以 我 讓 這個 輪子 轉的 快 轉的慢
我 就 可以 調節 底下 物體 轉動 的 方向 對 吧
所以 我 就 可以 在 這 上面 加 三個 輪
一個 豎著 的
一個 橫著 的
一個 這個 方向
然後 這 三個 輪 平時 都 在轉
如果 我 想 調節 這個 望遠鏡 的 姿態
我 就 可以 改變 它轉 的 快慢
我 就 可以 調節 姿態
這樣 我 就 可以 讓 這個 望遠鏡
永遠都是 遮陽 的 這 一面 朝著 太陽 對 吧
等等 吧
其實 韋伯 還有 很多很多 高科技 的 設備
我們 這裏 點到 為止
稍微 的 說一說 它 是 如何 實現
自己 能夠 在 宇宙 中 定位
實現 降溫
拍攝 紅外線 並 進行 分析 的
這個 哈勃 望遠鏡 升空 之後 其實 出 了 很 多次 問題
但是 幸好 哈勃 離 我們 比較 近
所以 人們 就 多次派 宇航員 到 哈勃 上面 進行 修理
或者 是 加裝 設備
可是 韋伯 望遠鏡
是 離 地球 150 萬公 裏 之外 的 第二 拉格朗 日點
所以 說 在 太空 裏 如果 韋伯 出 了 問題
那 幾乎 沒有 可能 派 宇航員 去 修
所以 這就 要求 必須 把 所有 可能 的 情況
在 地面 上 都 模擬 好
確保 萬無一失
NASA 的 科學家 們 設計 的 各種各樣 的 測試
比如 有 測試 振動 的
有 測試 噪音 的
有 測試 加速度 的
有 測試 隕石 撞擊 的
就 因為 這些 反反 復 復 的 測試
才 造成 了 這個 韋伯 延期 了 14 年 才 發射
比如 有 一次
就是 因為 這個 遮陽傘 打開 的 時候 劃破 了
結果 就 延期 了
還有 一次 是 因為 疫情 然後 延期 了
等等 吧
就 單單是 遮陽傘 打開 這 一項
就 有 140 多個 步驟
每 一個 步驟 出現 了 問題
這 遮陽傘 打不開 這個 望遠鏡 都 會 廢掉
科學家 們 預計 說 整個 的 這個 升空 過程
大概 有 300 個 左右 的 故障 點
任何 一個 故障 點 如果 出現 了 問題
這 100 億美元 就 打 了 水漂 了
有人 曾經 問過 NASA 的 高級 工程師
諾貝爾獎 得主 約翰 · 馬 瑟
說 這個 韋伯 升空 了 你 擔心 嗎
馬 瑟 說 我 不 擔心
因為 我 做好 了 最好 的 計劃
我 能夠 接受 發生 的 一切
韋伯 是 由 美國航空航天局
加拿大 航天局 還有 歐洲 空間 局 合作 完成 的
中國 科學家 沒有 參與 其中
但是 韋伯 接受 世界 上 所有 科研 團隊 的 拍攝 申請
他們 從來 自 44 個 國家 的 科學家
提交 的 1000 多份 計劃書 中 選出 了 286 份
那 麽 這些 團隊 將為 分享
韋伯 望遠鏡 第一年 6000 個 小時 的 觀測 時長
而且 這些 數據 除了 一些 進行 中 的 項目
可能 會 暫時 保密 之外
絕大多數 的 數據 都 會 向 全世界 公開
而且 你 也 不 需要 付費
就 好像 哈勃 拍攝 的 照片 一樣
全世界 的 天文學家 們
都 有 機會 用 韋伯 拍攝 的 數據 來 驗證 自己 的 猜想
也許 宇宙 的 起源 和 生命 的 奧秘
就 藏 在 這樣 一個 小小的 望遠鏡 之中
所以 你 明白 了
為什 麽 一個 天文 望遠鏡 升空
會 引起 全世界 的 關 註 了 嗎
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