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2023.10.26广东
大家好，我是科学羊，今天我带你见识下韦伯望远镜你曾没看到的知识。
你准备好跟随詹姆斯·韦伯太空望远镜启程探索未知的宇宙了吗？
好，本篇我们就来解读下关于韦伯太空望远镜它的一些故事，也许这些故事会让我们颇受启发，毕竟这项耗尽100亿美元的东西总要给我们老百姓带来点什么吧...
在了解韦布望远镜之前，我们需要科普几个常识。继续往下看
01望远镜
望远镜的原理主要基于折射和反射两种原理。
折射望远镜利用不同介质对光线的折射能力不同，将光线聚焦以放大远处的物体。
反射望远镜则是利用反射镜面将光线反射回望远镜的主筒，并再次聚焦以放大图像。
天文望远镜多为反射式，如韦伯望远镜，而地面望远镜则多为折射式。
不论是折射式天文望远镜还是反射式天文望远镜，其原理都是增大单位面积上的光强，从而使得人们可以发现更暗弱的天体和更多的细节。
02光谱
有了望远镜我们才可以看到更远的地方，也就是说，天文望远镜获取的光是我们需要的结果，因为光是我们用来分析的数据。主要体现在以下：
-图像分析：望远镜可以捕捉天体的图像。
这些图像不仅限于可见光，还可以是红外、紫外、X射线或其他类型的辐射。通过这些图像，我们可以研究天体的形状、结构和动态变化。
-光谱分析：光谱分析涉及到分解收到的光，以研究其不同的波长组成。
通过分析这些光谱，科学家可以推断出天体的成分、温度、密度、质量、距离、亮度、相对运动等信息。
-偏振分析：光的偏振属性可以提供关于天体磁场和其他物理过程的信息。
通过光谱分析可以跨越距离，直接看到各种天体上的元素构成。有了这个工具，我们就能在元素层面上得到验证。
光谱分析是天文学里的显微镜，能让天文学家隔着上亿光年的距离知道远处天体的元素构成。
天文学家对恒星和其他天体进行了光谱分析，在元素层面上验证了宇由学原理，宇宙中的元素构成都是相似的。
宇宙膨胀会导致光谱的红移，所以面对遥远的天体，要把红移消除后才能知道它的元素构成。
03韦伯望远镜面临的“二个大问题”
好，基本的科普知识我们学习完之后，再来看看韦布望远镜给我们的启发。
韦伯望远镜在“上天”之前其实有三个很棘手的问题：
哈勃主镜和韦伯主镜的对比
第一个问题是，我们该如何尽可能清晰地看到星系在宇宙年轻时的样子？
理论上，我们需要一面光滑的大镜子，如果镜子是一个大陆的规模，它的特点是没有小山或山谷大于脚踝的高度。
那么这么大的镜子要怎么才能送上天？
第二个问题是，宇宙中那些古老的光线在很久以前就离开了光源经过亿万年的旅程已经黯然失色，想探测到其光的本源，必须要避免一切外界的干扰。
天空中最遥远的恒星发出的紫外线和可见光在到达这里的过程中延伸到了大约20倍长的波长，变成了红外线。
但是红外线是一种我们称之为热量的原子抖动光，同样的热量从我们的身体、大气和脚下的地面辐射出来。
你说我们该如何去探测遥远星际外那微弱的光线？
所以这两个问题总结下来就是——该怎么把大镜子送上天以及我该怎么排除外界红外线辐射的干扰？
当我看到科学家们在解决这两个大问题的时候，衍生出好几个小问题，当时人就崩了。
怎么送上天？意味着怎么把大镜子放到宇宙飞船发射出去？
答案是：将镜子折叠，然后送上太空后，再将镜子打开...
那么折叠用什么样的电机？精度能达到多少？稳不稳定，不怕坏了吗？
怎么解决辐射问题？
答案是：尽可能离我们地球远远的，顺便再加一个防护伞，挡住太阳等临近星球散发的预热来防止干扰。
说得简单，接下来带你看看他们具体是怎么做的。
镜子的构成
一名工程师正在检查测试镜片，图片来源于quantamagazine
韦伯望远镜的主镜直径约为6.5米，由18块六边形的金镜片组成。每块镜片都可以单独调节和定位，以确保它们合作提供最佳的成像效果。
镜子将由铍制成，这种材料轻、结实、坚硬，呈粉末状，有毒。铍粉在俄亥俄州被压制成块，然后在阿拉巴马州被切割成型。
这18块镜片上覆盖着一层黄金，这层黄金能极好地反射红外线，并在加利福尼亚一家专门为此目的建造的工厂中抛光。
这是把镜子本身做到奢侈化！
工作位置
【詹姆斯*韦伯望远镜已经在太空中抵达其观测点】
即使在外层空间，地球、月球和太阳仍然给望远镜加了太多的热，以至于望远镜无法察觉到宇宙中最遥远结构的微弱闪光。
除非，也就是说，望远镜指向一个特定的点，距离地球比月球拉格朗日点2远4倍。
在那里，月球、地球和太阳都位于同一个方向，通过架设一个网球场大小的遮阳板，望远镜可以同时屏蔽这三个天体。
通过这种方式，望远镜最终可以进入一个深深的寒冷，并最终探测到宇宙黎明微弱的热量。
如何遮光
遮阳板既是红外望远镜的唯一希望，也是它的致命弱点！
至于红外望远镜的命运所依赖的薄弱材料——遮阳板，研究小组很快选定了Kapton，一种滑溜溜的银色塑料，看起来像薯片袋的内部，但厚度只有人类头发那么厚。
由于防护罩可能会破裂，因此需要很多层来进行冗余ーー研究小组决定分成五层ーー而且这些层必须由一个由起重臂、电缆和绳子组成的系统展开、分开和拉紧。
推进系统和太阳能电池板将朝向太阳的一面，而必须在零下223摄氏度操作的光学和仪器将挤在黑暗的一面。
展开过程
发射后，望远镜将经历一系列复杂的展开和部署步骤。这其中包括用电机和其他机械装置将这些六边形镜片从折叠状态移至正确的位置，然后锁定在位。
不过具体电机展开的工作细节没有获得，等以后知晓再谈！
插图1：宇宙结构的生长
插图2：望远镜在飞船存放的位置
插图3：望远镜的简图
插图4：低温测试
总结：
我想起来，奥赞·瓦罗尔的《像火箭科学家一样思考》，真实的航天，是个探险的事业。
世界上最值得你做的事情是那些别人都没做过而你能做的事情。这个产品已经有了，你再仿制一个，这没有多大意思。你的价值取决于你克服了多大的不确定性。不管是科学家、企业家还是工程师，做的最有价值的事情都是对未知区域的探索。
所以，尤其是像韦伯望远镜这样的巨形项目，其背后的项目管理、科学研发和探索决定是我们值得一生去潜心研究的！
我都能去探索外星人了，你说我还能有啥干不了的呀....
好，今天就这样啦~
Masir2023-10-26
于东莞
祝幸福~
参考文献：
[1].WhyNASA’sJamesWebbSpaceTelescopeMattersSoMuch|QuantaMagazine