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@游识猷:见到韦布望远镜发布的第一张彩色图片,想到 Quanta 杂志期刊的 Natalie Wolchover 写的韦布望远镜。
那篇科学合理报导赢得了 2022 年普利策奖的解释性报导奖,值得一读 ——
「要想回顾宇宙空间的问世,看到第一群行星的星河,你必需先打磨一面和房子一般大的镜子。它表层务必光洁到这样的程度 —— 假如镜子被扩大到一整个内地那么大,它上边不容易有超过脚裸相对高度的山脉或低谷期。仅有这么大那么平的镜子,才可以搜集并对焦来源于天空中最漫长星球的薄弱光源……
即便有那么特殊的镜子,仍然还不够。
没人曾见过星球产生之时的模样,原因是几十亿年来,那种原始的星河穿越持续澎涨的宇宙空间室内空间后,早已被极大变长了。这些最遥远的行星产生的紫外光和能见光抵达这儿时,光波长被拓宽了大概 20 倍,变成红外感应。但红外感应同是分子震动时传出的光 —— 大家称作 “热”。一样的红外感应从我的身体、空气和脚底的地面辐射出去。这种当地的热原,完全淹没了远古传说行星柔弱的光辉。因而,要观察到这些远古传说行星,望远镜的大镜子务必非常冷。它需要被发送到外太空。
难题再次来了。并没有火箭弹可装下一面有房屋那么大的镜子。因此,镜子务必被拆叠下去。
为了能被伸缩,镜子最先务必被分割成由好几个眼镜片构成的蜂窝状列阵。
为了能一同对焦造成明确的图象,眼镜片们在太空中展开后,务必排序到几近极致的程度,这就必须精密度极强的电动机。这种电动机能轻轻地促进眼镜片,运动的间距能够精准到只是病毒感染总宽的一半,以确保全部镜片安装及时。」
「Ball 航天航空企业给予的制动系统能够以 10 纳米技术的精密度促进镜面玻璃,这一总宽仅为秀发的万分之一。这种马达的原理是 “弯折”,即 “将大的健身运动转换为小一点健身运动”。」
「全部韦布望远镜的净重,只有一个大中型路面望远镜净重的 2% 上下。」
「镜子由铍做成,这类原材料轻、牢固、硬实,呈粉状,有害,是一种让人烦恼的东西,却也是唯一行得通的东西。铍粉在直播盒子被碾成块,随后在阿拉巴马州被激光切割。眼镜片上再覆一层金子,由于金子能极好地反射面红外感应。最终,加利福尼亚州一家专业为这个项目而修建的厂家为抛光处理。」
但那样仍然还不够。
「即便被发送到外星球,地球上、月球和太阳光依然会向望远镜辐射源出太多的发热量,使它没法认知宇宙中最漫长构造的薄弱闪动。
除非是,望远镜去到一个特殊的点 —— 第二拉格朗日点。在那个点,月球、地球和太阳都处在同一个方位,搭建起一个网球场地尺寸的大幅度遮阳罩,望远镜就能够与此同时遮挡这三个星体。利用这种形式,望远镜终于可以进到极度深寒的情况(-223℃),因此检测到宇宙空间黎明曙光时的薄弱发热量。
遮阳罩即是红外线望远镜的唯一期待,都是它致命弱点。
展开时还得足够大,净重又不可以超过火箭弹的载重,遮阳罩只有由薄纺织物构成。技术工程师们心知,薄纺织物是 “不确定的”,它健身运动不太可能被良好控制或预测分析。假如遮阳罩在展开时被钩破,全部望远镜便会变为一坨空间碎片。」
「遮阳罩的原材料,科学研究工作组选了 Kapton,这是一种光洁的银灰色塑胶,看上去很像薯片袋的里层,薄厚仅有人们秀发的孔径。Kapton 的撕破风险性挺高,所以必须许多层做为多余ーー科学研究工作组确定组装五层。一个由重臂、电缆线和绳子所构成的体系,将把这五层遮阳罩都充足展开,分离出来并绑紧。」
顶尖技术工程师麦克尔・门泽尔 (Michael Menzel) 描述这件事情有多么难,「假如是刚度的东西,例如一扇门,你装上一条合页,就能够预测分析它运动方式。小菜一碟。但如今给你的是一条软的毛毯。躺在床上推一条毛毯,随后尝试预测分析它会变为什么形状?太可怕了。一样的事儿也出现在绳索上 —— 每一根绷紧遮阳罩的绳索,能够有一百万种不一样的运动方式。更糟糕是指,在零重力情况下,这种东西能够跑到你不希望它去的地方。」
「大概在 2004 年,2 位 NASA 技术工程师赶到门泽尔的公司办公室,说她们有办法。在其中一人拿出门泽尔桌子的一张纸,把它叠成 Z 字型。遮阳罩能够伸缩成很多这种 Z 字型,其实就是 “电子琴式伸缩”。门泽尔感觉这种方法可行 。
下一个问题是,如何保持遮阳罩处在电子琴伸缩情况,直至做好充分的准备时再展开。另一位技术工程师杨紫找到解决方案:107 根固定针,能够像猫的爪子一样缩回去。
固定针又增添了另一个棘手的问题:针会导致针眼。假如在展开后,全部五层 Kapton 里的针眼正好排列成一条直线,便会让太阳光根据,加温望远镜的光学器件。
门泽尔说:“这是一个以前压根意想不到的小细节,直至你逐渐进行了才发现,天呀,五个针眼有很有可能排成一列,这件事情听起来并不大,但把杨紫搞到借酒消愁。感激不尽,他之后想通了。” 杨紫兢兢业业检测了很久,总算找到了一种计划方案,促使五层尺寸不一的 Kapton 遮阳罩无论怎样展开,上边的针眼也不会排列成平行线。」
一个又一个小难点,持续发生。结果是,韦布望远镜比计划迟了 14 年,费用预算超了 20 倍。
在释放以前,全部参加此项工作的人仍然胆战心惊。
由于韦布望远镜是一锤子买卖。
当初哈勃望远镜在低地球轨道上,离我们也就 559 公里,望远镜 “眼睛近视” 了,航天员手上拿个扳子就飞上天去修了。
可是韦布望远镜离我们 150 亿千米。出了任何问题,专家和技术人员们只有痛哭流涕,于事无补。
这个项目的首席科学家,诺奖得主、星体科学家罗伯特・马瑟( John Mather)说,「我们已经竭尽全力去发现每一个不正确,开展检测和演练,此时,我们将要把使用价值数十亿美元的望远镜放到一堆爆炸品上。」
在成功发射以后,望远镜还需要花一个月,以到达第二拉格朗日点。在这里中途,它还需要花数以百计流程去把自己的镜子一点点展开,遮阳罩一点点展开,直至极大的电镀金镜子 “花瓣”,盛装在一片更加极大的遮阳罩 “银叶” 上。
此时,韦布望远镜静静地飘浮在黑喑严寒的太空中,它身后是太阳、月亮、和全部人类生活的暗淡蓝点。它将来带到的信息内容,将推动乃至刷新人们对银河系的了解。
之上,便是那一张彩色相片身后的一小部分小故事。
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