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#时代#后哈勃时代，人们要怎样去观测星空？( 三 )


#时代#后哈勃时代，人们要怎样去观测星空？
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▲ 左为哈勃望远镜，右为詹姆斯·韦伯望远镜
太空中可没有大气层遮阳，所以 NASA 为望远镜设计了五层展开后面积达到 300 平米左右的遮阳伞，这些伞重叠在一起，足以让镜片温度从 350K 下降到 50K。这些遮阳伞不但面积要大，重量还要轻。为了减少火箭的负担，每层遮阳伞的厚度仅有 25 微米，差不多只有两根头发宽。在发射过程中，5 层遮阳伞还要折叠起来，并在太空中自行展开。仅此一项，就可见其中技术到底有多复杂。
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由于红外探测对低热辐射的特殊要求，詹姆斯·韦伯望远镜的遮阳伞必须同时遮挡太阳光和地球的反光。这就需要太阳和地球始终同处一个方向。根据拉格朗日定理，在地球与太阳的引力功能作用下，航天器可以稳定的停留在 L1~L5 这 5 个点中。
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可能你会想，只要不在围绕地球的轨道上，是不是同样可以达到目的？的确有红外探测的航天器被安排在这些位置。2003 年，NASA 发射的斯皮策空间望远镜，就运行在一条位于地球公转轨道后方，环绕太阳的轨道上。由于它相对太阳公转的速度更慢，所以该卫星会以每年 0.1 天文单位的速度逐渐远离地球，最终它会到达 L3 位置，彻底中断与地球的联系。而詹姆斯·韦伯所在的 L2 轨道位置距离地球更近，通信方便之余轨道也更加稳定。
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不过将卫星发射到距离地球非常遥远的 L2，也有着很大的风险。一旦发射失败，就意味着 NASA 研发 20 年，100 亿美金的经费的望远镜就打了水漂。为保证发射万无一失，詹姆斯·韦伯望远镜不断在地面做模拟实验，发射也从 2018 年跳票到了 2021 年。今年新冠疫情在美国的流行再次打断了研发工作，如果今年内疫情都没能得到有效控制，明年的发射任务还可能会继续跳票。
国际空间天文望远镜发展不错，中国呢？
除了美国、欧盟依旧在积极的开发空间天文望远镜外。国内也开始加大在天文望远镜的投入。除了 2016 年在贵州建成的 FAST 射电望远镜外，空间望远镜也提上了日程。2013 年中国载人航天工程办公室对外正式公布中国空间站名称时，提到其中一个实验舱名为「巡天」，该舱段的核心是一台 2 米孔径的天基望远镜。
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▲ 巡天就是实验舱 II
但在 2016 年，中国载人航天工程总设计师周建平表示：未来会单独发射一个十几吨的光学舱，与空间站保持共轨飞行状态。也就是说，中国已经放弃和空间站一体的望远镜构型，转而研制类似哈勃望远镜的空间天文望远镜。
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据周建平所说，这台口径两米的空间望远镜分辨率与哈勃相当，视场角是哈勃的 300 多倍，并和空间站共轨飞行。这点类似航天飞机维修哈勃望远镜。空间望远镜需要维护时，由空间站上的航天员通过机械臂直接对其维护，提高了检修的便利度。不过巡天望远镜具体何时发射，官方还没有相关消息流出，微博上有消息说将在 2024 年发射。不管怎样，这将是国内首台常见波段的空间望远镜，值得期待。
写在最后
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百万年前，人们仰望天上的星星，或许只是为了满足自己的好奇心，又或者为心灵寻找依托。但随着研究的一步步深入，人类意识到自己或许不是星空中独一无二的生命。从地心说到日心说，最后到宇宙大爆炸，人类对星空的探索越多，对自身的渺小的认识也愈发深刻。


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