二十五年磨一剑,耗资超百亿美元的韦布望远镜终于升空( 二 )


二十五年磨一剑,耗资超百亿美元的韦布望远镜终于升空
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测试完毕之后被折叠起来的韦布 。 Credit:NASA/ChrisGunn
由于其庞大的体量 , 即使被折叠起来 , 韦布依然高达10.66米 , 宽达4.5米 。 阿丽亚娜5号火箭的整流罩的高度为17米 , 直径为5.4米 , 二者完美匹配——这不奇怪 , 科学家和工程师们就是以“能够将韦布装进这款火箭”为目标 , 来设计折叠方案的 。
二十五年磨一剑,耗资超百亿美元的韦布望远镜终于升空
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2021年12月23日 , 装载韦布的阿丽亚娜5号火箭正在等待发射 。 Credit:NASA/BillIngalls
可以看到更暗的天体 , 但未必比哈勃更敏锐
由于韦布的采光面积比哈勃大得多 , 一样的曝光时间内 , 韦布可以观测到比哈勃观测到的最暗的物体更暗10-100倍的天体 。
韦布的大口径除了会使它更快搜集到遥远、暗弱天体发出的光之外 , 还可以确保其有足够高的分辨率 。 因为望远镜的分辨率与口径成正比 , 与接收的辐射的波长成反比 。 相比哈勃 , 韦布大部分时候观测的波长比哈勃观测极限波长更长 , 如果镜面与哈勃一样大 , 则其分辨率就低于哈勃的分辨率 。
为了尽量克服这个问题 , 韦布的口径必须更大 。 它的口径是哈勃的大约3倍 , 当它观测的波长为哈勃观测波长的3倍时 , 二者的分辨率相等 。 不过 , 由于韦布的观测波长极限是哈勃的的12倍 , 在大部分情况下 , 特别是中红外范围的情形下 , 韦布3倍大的口径还是无法确保其分辨率可以与哈勃匹敌 。 所以韦布的官网在回答“韦布的分辨率会不会和哈勃一样好?”这个问题时 , 先是给出肯定的回答 , 然后紧接着说“不过是在近红外”[2] 。
韦布镜面上的黄金薄膜会很好地反射红外线、红色光与黄色光 , 但会吸收蓝紫光与紫外线 , 这使韦布无法观测近距离天体的蓝紫光与紫外线 。
不过 , 韦布可以观测到足够远的天体发出的蓝紫光与紫外线 , 这是因为它们发出的可见光与紫外线在膨胀的宇宙中穿行足够远后就被会被拉长为红外线——红移 , 从而被韦布探测到;这就等价于韦布探测到了这些远距离天体的可见光与紫外线 。
因此 , 韦布观测红光与红外线时是正常的眼 , 在观测可见光与紫外线时则是一个远视眼 。
太空中的一锤子买卖
天体发出的电磁波辐射中的大部分红外线在到达地球后会被地球大气吸收 , 为了观测到这些红外辐射 , 红外望远镜都必须发射到太空之中 。
按照计划 , 韦布升空后 , 将用一个月时间让自己抵达距地球约150万千米处 。 说得更精确一些 , 韦布将大致围绕着日-地连线延长线上、距离地球150万千米的一个点运动 , 同时与地球一起绕着太阳公转 。 这个点被称为“日-地系统的第二拉格朗日点” 。
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地球与太阳系统的5个拉格朗日点 , 分别用1、2、3、4、5表示 。 图中黄色表示太阳 , 蓝色表示地球 。 Credit:Anynobody
必须说明的是 , 第一、第二与第三拉格朗日点实际上是欧拉(LeonhardEuler , 1707-1783)于1765年研究平面限制性三体运动期间发现的 。 1772年拉格朗日(Joseph-LouisLagrange , 1736-1813)发现了第四与第五个精确解 。 然而 , 后人把这五个精确解对应的位置都打包算到拉格朗日头上了(欧拉:老夫心里苦 , 老夫有话说 , 不过还是算了……) 。
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JakobEmanuelHandmann画的欧拉画像 。 Credit:wiki