展翅、撑伞、降温：韦布望远镜的部署有多复杂？

Daphane

来源：Nature Portfolio　

韦布望远镜的主副镜和遮阳罩已经成功打开，但距离它开始科学探测还有几步要走。　　在数日紧锣密鼓地将各个部件展开就位后，有史以来最大也最复杂的空间望远镜现已组装到位。
　　美国航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope）有18个六边形镜面，这18个镜面共同拼接成一个6.5米宽的镀金“宇宙眼”。1月8日，最后3面镜片旋转就位，为两周来几乎无懈可击的工程操作划上了完美的句号。去年圣诞节发射的韦布望远镜是迄今为止部署过程最为复杂的天文仪器。
　　NASA天体物理学部主任Paul Hertz说：“韦布的展开堪称完美。”

詹姆斯·韦布空间望远镜发射后成功展开了主副镜和遮阳罩，此为艺术再现图。来源：Adriana Manrique Gutierrez/NASA GSFC/CIL


　　“我开心极了，”欧洲空间局的韦布项目科学家Antonella Nota说，“看着这个超级望远镜准备探索宇宙的我们都是历史的见证者。”
　　虽然耗资100亿美元的韦布望远镜仍面临着许多艰巨的任务，比如对准拼接镜和校准4台科研仪器，但难度最大的工程操作已经完成，包括展开一个网球场大小的风筝形遮阳罩以减少来自太阳的热量；以及主副镜的就位，以捕获来自恒星、星系和其他天体的光线——这几步是韦布正常运作的关键。
　　光子已经能在韦布的镜面上反弹，令其成为一台真正意义上的空间望远镜。“简直不可思议，”NASA的韦布项目经理Bill Ochs在1月5日巴尔的摩空间望远镜科学研究所任务控制团队组织的一次直播中说：“我们真的有了一台望远镜。”
　　稳扎稳打
　　韦布望远镜从位于法属圭亚那库鲁的欧洲太空中心发射，如今离开地球超过100万千米。它将于1月23日抵达目的地，前往一个被称为L2（第二拉格朗日点）的引力稳定点，在那里研究深空天象，比如宇宙中最遥远的星系、笼罩在尘埃中的新生恒星、系外行星的大气等。
　　与前任哈勃望远镜不同，韦布望远镜能探测光的红外波长，一窥人类尚未探索的领域，但这需要韦布在极端低温下工作，只有这样才能捕捉来自遥远宇宙的微弱热信号。韦布能保持低温全靠它的遮阳罩。


上面的高速动图展示了地球上的工程师测试遮阳罩的打开情况。来源：NASA


　　这也是为什么许多科学家都对遮阳罩的摊开和伸张捏一把汗。发射之后，韦布需要展开两个装有遮阳罩的长方形托盘，收起上面的保护罩，再将它拉成风筝的形状，最后将五层很薄的遮阳罩一张张绷紧。这一过程在地球上的实验室里彩排过好多次，但从未在宇宙的零重力环境中尝试过，所以可能会出现意外。
　　Hertz说：“我觉得要伸展某种很大很松的东西让我很紧张。”他说，其他空间望远镜都没有这种遮阳罩，所以这是“全新且未知”的情况。
　　每一步都有可能出错，但都没有出错。韦布于1月4日将最后一张遮阳层拉至正确张力。加州诺思罗普·格鲁曼公司负责韦布遮阳罩的设计和制造，该公司工程师Hillary Stock说：“大家高兴极了，彻底松了口气。”Hertz说，这步完成后他再也不用紧张了。
　　也有些科学家一直紧张到了第二天韦布展开副镜。这个过程需要在望远镜主镜前展开一个巨大的铰链式三脚架，把74厘米宽的副镜锁定到位。光会从凹面的主镜反射到凸面的副镜上，经过副镜聚焦后再通过主镜的小孔送回科学仪器中用于分析。一旦副镜展开完毕，韦布就是一台可以“正式上岗”的望远镜了。
凉凉
　　最后的重头戏完成于美国东部时间1月8日早上10点29分，当时主镜的最后一面镜子旋转就位。由于韦布的主镜面非常大，必须和遮阳罩一样折叠起来，才能搭载阿丽亚娜5型（Ariane 5）火箭升空。
　　过去两周部署成功的还包括一个朝外旋出的散热器，这个散热器能将望远镜科学设备产生的多余热量排向太空。
　　接下来，韦布会调整和对准主镜18个镜面的位置，使它能够聚焦收集到的光线。韦布望远镜还将进一步冷却至其运行温度——绝对零度以上40°C左右，即零下233°C。目前韦布遮光罩背面较冷的一侧已经接近零下200°C。
　　两周后韦布将到达L2，在开始返回科学成果前，它还将进行5个月的调试准备工作。Nota说：“我已经迫不及待想看到第一组数据了。”
　　NASA的这个“烧钱大户”用了30年的时间才研发成功。欧洲空间局和加拿大航天局也是该项目的合作伙伴。