科学探索|新的宇宙曙光：等待了二十多年的詹姆斯·韦布太空望远镜新的宇宙曙光：等待了二十多

哈勃太空望远镜拍摄的原始深场照片是天文学中最具标志性的图片之一。这张图片由数量惊人的遥远星系组成，星系镶嵌在黑色的背景之上，它是哈勃在1995年12月对大熊座的一小块区域进行了一系列观测之后得到的。受这张经典照片启发，天文学家们开始计划一项新任务来研究早期宇宙——这项任务可以看到更早的宇宙，观测到宇宙大爆炸之后3亿年就已经存在的最早的星系。
但要做到这一点，需要一个有史以来最大的望远镜，一个比哈勃2.4 m的镜子大得多的望远镜。答案是：下一代太空望远镜（Next Generation Space Telescope，NGST），这是一个巨大的太空望远镜，拥有6.5m的拼接式主镜，它有望实现一系列新的发现。
受到NGST潜力的鼓舞，美国天文学家很快在2000年的“十年调查报告”中将其选为天基任务的首要任务——这是美国国家科学院、工程院和医学研究院编制的未来项目的愿望清单。这个望远镜计划于2007年发射，耗资10亿美元。2002年，它以美国航天局（NASA）前局长的名字更名为詹姆斯·韦布太空望远镜（James Webb Space Telescope，JWST）。然而，那些想用这个新望远镜来研究星系演化以及恒星和行星如何形成的梦想，很快就变成了噩梦。该项目的预算急剧上升，以至于美国众议院在2011年提议将其完全取消，但在科学家、公众和媒体的联合拯救下，这个陷入困境的项目在最后一刻得到了挽救。就在2018年，当这个项目成本即将突破80亿美元大关时，美国国会不得不投票决定向其提供更多资金。
【科学探索|新的宇宙曙光：等待了二十多年的詹姆斯·韦布太空望远镜】JWST现在的耗资估计为97亿美元，而成本飙升背后的部分原因是建造了一个尺寸巨大的望远镜。JWST的拼接式主镜直径为6.5 m，将是有史以来送入太空的最大主镜（图1）。诺贝尔奖获得者、宇宙学家John Mather自20世纪90年代中期以来，一直在美国航天局戈达德太空飞行中心领导该项目，他说：“当我们开始的时候，我们知道可以更安全地建造一个小得多的望远镜。”然而问题是，较小的望远镜不能实现天文学家想要的变革性科学。

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图1 准备发射。一位艺术家对詹姆斯·韦布太空望远镜的印象图

不过，望远镜尺寸并不是唯一的苛刻需求。这些早期星系发出的光被宇宙膨胀拉长了，要想观测到它们，天文学家需要一个能够探测近红外和中红外波长的望远镜。要做到这一点，望远镜需要放在远离地球热辐射的地方，在拉格朗日L2点附近，这一点位于太阳和地球的背后。“另一件事是，要想达到我们需要的红外灵敏度，望远镜必须非常冷，”Mather说，“很快我们就面临着大量艰巨的技术挑战。”
二十年的艰难发展已经过去，JWST终于准备就绪。对于天文界的大多数人来说，望远镜还需要一段时间才能开始工作。望远镜的发射计划定在2021年12月24日（译者注：后因24日的天气问题，韦布望远镜于北京时间12月25日晚8点20分成功发射升空）。然而，即使有效载荷搭载阿丽亚娜5号火箭（Ariane 5）从法属圭亚那的欧洲航天港发射升空了，科学家们也不能集体松一口气。虽然通常发射是太空任务中最危险的部分，但对于JWST而言，情况并非如此。
这是NASA最新也是最昂贵的太空之眼，发射将是它最简单的部分，接下来的事情才将决定这项任务的成功与否。这是因为，在它将科学和太空技术推向所能实现的极限之前，它必须首先克服危险的深空拆包：6.5 m宽的主镜必须小心正确地展开，网球场大小的遮阳板也必须一帆风顺地展开。整个部署大约需要30天才能完成——如果在300多件可能出错的事情中，任何一件真的出错了，那么望远镜的能力都将受到限制。在最坏的情况下，整个望远镜将被毁坏，这可能会使该领域倒退数十年。如果它成功了，它将改变天文学的研究——这一切都要归功于几项使JWST成为一台独特而强大望远镜的技术奇迹。（译者注：望远镜的遮阳板和镜面已经成功展开，目前进入校准阶段。）