詹姆斯韋伯太空望遠鏡任務(wù)是否繼續(xù)

宇宙是明亮的，而時空是遙遠的。當(dāng)我們仰望神秘的太空,追憶過去、思考現(xiàn)在、展望將來時,不禁要問:宇宙是怎樣誕生的?宇宙到底有多大?宇宙多大年齡了?宇宙大爆炸是真的嗎?宇宙存在黑洞、暗物質(zhì)、暗能量和引力波嗎?星星是怎么來的?太空文明在哪兒呢?遙遠星球上有沒有外星人?太空探測會不會引“狼”入室?我們?nèi)祟悂碜阅膬?地球人是孤獨的嗎?······而太空望遠鏡(又稱天文太空觀測站)便是幫助我們觀察、了解宇宙的一項最重要的工具。按主要工作頻率范圍,太空望遠鏡分為伽瑪射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、微波和無線電等類型。最近3年內(nèi),各國新一代太空望遠鏡正整裝待發(fā),準(zhǔn)備開辟新視野。現(xiàn)在,讓我們穿越時空、歷史、地理、文化和想象,以崇敬的心情拉開宇宙的神秘面紗,尋找宇宙拼圖!“苔絲”權(quán)一種多通道的太天觀“苔絲”(TESS)凌日系外行星勘測衛(wèi)星是一顆太空望遠鏡,為美國宇航局“探險者”計劃之一。它的目標(biāo)是尋找凌日系外行星?！疤z”太空望遠鏡的星體為六角形,前方一個喇叭狀攝像罩。發(fā)射重量350千克,尺寸為3.7米×1.2米×1.5米,電力400瓦特?！疤z”是專門為了執(zhí)行首次星載全時空過境系外行星調(diào)查儀器而設(shè)計。它配備4臺廣角望遠鏡,每臺攝像機都具有低噪音、低功耗、16.8百萬像素的CCD探測器。每架攝像機有一個24°×24°的視野,一個100毫米有效瞳孔直徑,1個鏡頭與7個光學(xué)元件,帶通范圍600毫微米(nm)?！疤z”的軌道動力學(xué)比較罕見。為了獲得北半球和南半球天空中的流暢圖像,“苔絲”將利用2:1月球共振軌道。這是一個以前從未使用過的軌道,它在這一高度橢圓軌道將保持穩(wěn)定數(shù)十年之久,并保持相機在一個穩(wěn)定的溫度范圍?！疤z”的大部分軌道飛行都是在范艾倫輻射帶之外度過,以免對“苔絲”造成核輻射損害。每隔13.7天時間,“苔絲”將會運行至10.8萬千米的近地點上,在大約3個小時的時間內(nèi),把在軌道上收集到的數(shù)據(jù)向地球傳輸?！疤z”太空望遠鏡的科學(xué)目標(biāo)是:觀測和測量聚焦于g、k和m型恒星附近的行星。它將對50萬顆近地行星進行深入研究,包括上千顆最近的紅矮星。它比“開普勒”太空望遠鏡橫跨天空區(qū)域大400倍。科學(xué)家預(yù)計“苔絲”將會發(fā)現(xiàn)超過3000顆系外行星,包括地球大小或更大的類地行星。屆時,人類也許能發(fā)現(xiàn)一些位于恒星周圍的宜居地帶的超級地球。此前,地面天文望遠鏡的巡天主要探測到巨型行星。相比之下,“苔絲”會研究在天空中最明亮的恒星周圍的許多小行星?！疤z”將記錄最近和最明亮的主序星。這些恒星是過境系外行星。這是最有利的目標(biāo),必須詳細調(diào)查。“苔絲”將宇宙分成26個觀測區(qū)域。每個區(qū)域為24°×96°。它將花費2天的軌道觀測每個區(qū)域?！疤z”在第1年觀測地球南半球的區(qū)域,在第2年描繪北半球的天區(qū)?！疤z”的每一臺攝像機都將拍攝一分鐘的曝光,聚焦于特定目標(biāo)的恒星,作為其過境搜索的一部分,搜尋其他瞬態(tài)事件。2018年4月18日,“苔絲”太空望遠鏡搭乘“獵鷹-9”號火箭,從卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空?！疤z”太空望遠鏡將開啟新一輪尋找地球兄弟的科學(xué)探索,為人類帶來新的好消息?！绊f伯”高能航天器2010年,美國宇航局和歐洲太空局合力打造了一架功能更強大的太空望遠鏡,它的名字叫“詹姆斯·韋伯”?？茖W(xué)任務(wù)是:對太空進行空前探索,尋找最早形成的恒星和星系,研究宇宙的起源和演化。“詹姆斯·韋伯”太空望遠鏡(JWST)重約6.5噸,直徑達20.1米,寬7.21米,功率2千瓦。望遠鏡直徑6.5米,焦距131.4米,收集區(qū)25平方米。主鏡片由輕質(zhì)鈹材料制成,18片六角形快門薄片組成鏡片,每片1.3米寬,總聚光面積約25米,7倍于“哈勃”太空望遠鏡的聚光能力?！绊f伯”太空望遠鏡沒有鏡筒,主鏡片也不是傳統(tǒng)的光學(xué)鏡片,而是射電望遠鏡的天線?！罢材匪埂ろf伯”的多層遮陽板是一種鍍鋁高分子薄膜,用于遮擋太陽和地球等干擾的熱量和光源。它的長度達22米,分列兩邊共10片,面積有一個網(wǎng)球場大小。這么大的遮陽板怎么才能送上太空呢?要知道,火箭的整流罩最多只能裝下5米以內(nèi)的有效載荷。位于馬里蘭州的美國宇航局戈達德太空中心的科研人員,玩了一把高科技的太空“折紙”游戲。“詹姆斯·韋伯”發(fā)射前,遮陽板折疊在一起;到達太空后,遮陽板打開。這時的“詹姆斯·韋伯”,好像一只蝴蝶在深空飛舞。“韋伯”太空望遠鏡裝載了近紅外相機、近紅外光譜儀、中紅外儀器、近紅外成像儀、無縫攝譜儀、精細制導(dǎo)傳感器等。它將透視130億年的整個宇宙,尋找早期恒星的蹤跡,捕捉恒星發(fā)出的正朝紅外線過渡的強烈紫外線?？茖W(xué)家希望“韋伯”太空望遠鏡具有足夠的靈敏度,探測到第一代恒星,能把目光深入到更遙遠的過去——宇宙黑暗時代?！绊f伯”太空望遠鏡將提供前所未有的分辨率和靈敏度,從可見光、近紅外到中紅外。能夠探測到行星大氣層中的水、氧氣、臭氧和相當(dāng)多的其他元素。此外,“韋伯”能夠分析行星的溫度和表面壓力。望遠鏡的鏡片必須保持冷度,這樣才能對溫暖的物體發(fā)出的紅外光和熱十分敏感。如果“韋伯”太空望遠鏡的反射鏡溫度過高,從遙遠星系的微弱紅外光可能會丟失在鏡片本身發(fā)射的紅外光中。因此,“詹姆斯·韋伯”太空望遠鏡的反射鏡需要通過深冷低溫狀態(tài)或-379華氏度左右測試。在測試過程中,鏡片浸泡到-415華氏度的極端溫度下,進行冷卻鏡片改變形狀的實驗,以確保鏡子在太空環(huán)境能夠保持正常形狀?？茖W(xué)家一旦發(fā)現(xiàn)有誤差,將再次打磨,漸漸磨薄涂層。在低溫中測試表面溫度的變化,可以保證每一面鏡片在溫度范圍內(nèi)的空間形狀極為精準(zhǔn)。這有助于預(yù)測和更精確地獲取紅外圖像?！绊f伯”的成就將超越“哈勃”太空望遠鏡和“斯皮策”太空望遠鏡。“哈勃”的鏡筒只有2.4米直徑,而“韋伯”有6.5米直徑的大型和分段型的主鏡?！绊f伯”發(fā)射后將位于地球-太陽之間的L2拉格朗日點附近,在這兒,距離地球高度150萬千米,地球、太陽的引力與離心力平衡,使“韋伯”消耗盡可能少的燃料,保證可長期飛行。根據(jù)天體力學(xué)和太空動力學(xué)原理,法國數(shù)學(xué)家約瑟夫·路易斯·拉格朗日在天體運行軌道附近三分之一處,發(fā)現(xiàn)和計算出了5個特殊的引力平衡點。每個點與兩個天體都形成一個等邊三角形。后來,這些天體引力平衡點被命名為“拉格朗日點”,分別稱為:L1、L2、L3、L4和L5拉格朗日點。拉格朗日認為:任何雙星系統(tǒng)都有5個拉格朗日點,如地日系統(tǒng)、地月系統(tǒng)等。在這些點上,兩個天體之間的萬有引力與離心力剛好一樣大。小天體在這個點上相對靜止,飛行很穩(wěn)定很省力,所以“拉格朗日點”又稱為天平點、平動點?！袄窭嗜拯c”是太空探測器、太空望遠鏡定位和觀測太陽系的理想位置。在航天工程和太空科學(xué)上,“拉格朗日點”具有重要的實際應(yīng)用和科學(xué)探索價值,也是國際深空探測的熱點?！巴庑行切l(wèi)星探測”“外行星衛(wèi)星探測”號(CHEOPS)是一架歐洲太空望遠鏡,用于研究太陽系的形成。它發(fā)射質(zhì)量300千克,有效載荷質(zhì)量58千克,尺寸1.5×1.5×1.5米,電力64瓦特,設(shè)計壽命3.5年,是歐空局“宇宙遠景2015~2025”計劃中的第一個小型太空望遠鏡?！巴庑行切l(wèi)星探測”裝載了一個32厘米口徑的里奇-克雷蒂安光學(xué)望遠鏡,安裝在一個標(biāo)準(zhǔn)小衛(wèi)星平臺。光學(xué)望遠鏡焦距F/8,波長330~1100毫微米。它的科學(xué)任務(wù)是檢查已知的過境外行星軌道和附近的衛(wèi)星?！巴庑行切l(wèi)星探測”的主要目標(biāo)是精確測量地面光譜測量已經(jīng)提供大量估計的外行星的半徑。如果知道行星的質(zhì)量和大小,科學(xué)家就可以確定它們的密度,從而決定它們的近似組成。例如,它們是氣態(tài)的,還是巖石的?！巴庑行切l(wèi)星探測”將是最有效的太空望遠鏡,尋找已知的過境外行星,準(zhǔn)確確定半徑,從超地球行星到地球半徑六分之一的海王星質(zhì)量范圍的行星?！巴庑行切l(wèi)星探測”將由太陽能電池板供電。這也是太空望遠鏡遮陽的一部分。它們將為有效載荷操作提供60W電力,并允許至少1.2兆字節(jié)/天的數(shù)據(jù)下行容量?！巴庑行切l(wèi)星探測”號太空望遠鏡預(yù)計將在2018年底之前,在法屬圭亞那航天中心搭乘“聯(lián)盟”號火箭發(fā)射升空。它將運行在近地點700千米,遠地點700千米的太陽同步軌道上?！皻W幾里德”00.“歐幾里德”太空望遠鏡是歐空局和歐洲各國組成的“歐幾里德”集團正在開發(fā)的近紅外太空望遠鏡。它的任務(wù)目的是通過精確測量宇宙的加速度,更好地理解暗能量和暗物質(zhì)。暗能量被普遍接受為增加膨脹的宇宙加速。因此,理解這種關(guān)系將有助于改進物理學(xué)家和天體物理學(xué)家如何理解它。這架太空望遠鏡以古希臘數(shù)學(xué)家亞歷山大·歐幾里德的名字命名?！皻W幾里德”的使命是推進和補充歐空局的“普朗克”太空望遠鏡的科學(xué)探索。它是歐空局“宇宙遠景2015~2025”科學(xué)計劃的一部分。歐空局選擇了意大利的泰雷茲阿萊尼亞空間建造“歐幾里德”號太空望遠鏡。它長度4.5米,直徑為3.1米,質(zhì)量為2.16噸,有效載荷質(zhì)量0.855噸?！皻W幾里德”的有效載荷由空客防御與太空公司管理。它包括一個“柯爾施”望遠鏡,主鏡直徑1.2米,面積0.5平方度。平方度(deg2)是一種實體角度量單位,包括平方米和度。就像用度測量一個圓的部分一樣,平方度用來測量球體的各個部分。2015年,“歐幾里德”號太空望遠鏡通過了初步設(shè)計審查,完成了大量的技術(shù)設(shè)計,以及構(gòu)建和測試的關(guān)鍵組件?！皻W幾里德”號的發(fā)射日期計劃在2020年。它將從法屬圭亞那航天中心搭乘“聯(lián)盟”火箭發(fā)射升空。在30天的旅行時間后,它將穩(wěn)定地行駛在太陽-地球“拉格朗日-L2”點周圍,大約100萬千米的利薩茹路徑。“歐幾里德”號的使命將持續(xù)至少6年。它將觀察大約1.5萬平方度,或大約3個河外星系。這項調(diào)查將輔以額外的觀察,大約10倍深度指向2個不同的區(qū)域,位于接近黃道兩極和覆蓋20平方度。這2個區(qū)域?qū)⒃凇皻W幾里德”號整個期間定期訪問。它們將被用作校準(zhǔn)領(lǐng)域,監(jiān)視望遠鏡和儀器的性能穩(wěn)定性,并產(chǎn)生科學(xué)數(shù)據(jù),觀察宇宙中最遙遠的星系和類星體。為了測量每個星系的光度紅移的精度,“歐幾里德”號的任務(wù)取決于在至少4種可見過濾器中獲得的額外光度數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將從位于北半球和南半球的地面望遠鏡獲得,以涵蓋“歐幾里德”號的全部1.5萬平方度?！皻W幾里德”號觀測任務(wù)的每個星系都將獲得至少7種不同過濾器的光度信息,覆蓋整個460~2000nm范圍。“歐幾里德”號觀測大約100億個天文天體,其中10億個天體將用重力剪切測量,精確度比今天使用地面望遠鏡提高50倍?！皻W幾里德”號擁有巨大的體積、多樣性和高精度的量度,需要在數(shù)據(jù)處理方面有很大的注意和努力。這是一個關(guān)鍵的任務(wù)。多樣性包括:空間和地面,可見和近紅外線,形態(tài)測量,光度和光譜學(xué)。歐空局、各個國家機構(gòu)和歐幾里德集團正在花費大量資源,在算法開發(fā)、軟件開發(fā)、測試和驗證程序、數(shù)據(jù)歸檔和數(shù)據(jù)等方面,建立了頂級研究人員和工程師團隊。奧地利、比利時、丹麥、芬蘭、法國、德國、意大利、荷蘭、挪威、葡萄牙等100個實驗室,羅馬尼亞、西班牙、瑞士、英國、加拿大和美國的1200人組成的科學(xué)家團隊將對這一龐大的數(shù)據(jù)進行科學(xué)開發(fā)。由于廣闊的天空覆蓋、億萬恒星和星系的編目,“歐幾里德”號收集的數(shù)據(jù)的科學(xué)價值超出了宇宙學(xué)的范圍。這個數(shù)據(jù)庫將為世界天文學(xué)提供豐富的來源和目標(biāo),為未來的任務(wù)提供技術(shù)和經(jīng)驗?！靶D人”太陽高能望遠鏡早在1989年,美國宇航局提出一個“小探險家”計劃。它是一項小型太空探索航天器計劃,每個航天器費用不超過1.2億美元。從1989年開始至今,“小探險家”計劃已經(jīng)研制、發(fā)射了14個航天器。2017年1月3日,美國宇航局宣布:“小探險家”計劃開發(fā)了一架X射線太空望遠鏡,命名為“探險家”成像X射線極化太空望遠鏡,預(yù)定在2021年發(fā)射?！靶√诫U家”成像X射線極化太空望遠鏡(IXPE)是一顆X射線天文衛(wèi)星,又名“小探險家-14”?！靶√诫U家”太空望遠鏡,采用“BCP-100”衛(wèi)星平臺,發(fā)射質(zhì)量292千克,太空望遠鏡焦距4米,波長X射線,轉(zhuǎn)發(fā)器S頻段,設(shè)計壽命2年,費用估計為1.88億美元?！靶√诫U家”太空望遠鏡是一個國際合作項目。2017年6月,各國為“小探險家”號簽署了一項國際合作。意大利太空代辦處提供X射線極化探測器。美國宇航局馬歇爾太空飛行中心的科學(xué)家布勞恩·拉姆齊帶領(lǐng)研究人員,努力研制X射線望遠鏡。其他合作伙伴包括:科羅拉多大學(xué)博爾德分校、斯坦福大學(xué)、加拿大麥吉爾大學(xué)和麻省理工學(xué)院?！靶√诫U家”號是未來的太空天文臺,配備3臺相同的望遠鏡設(shè)計,以測量宇宙X射線的偏振度。它的使命在于研究異乎尋常的天文對象和允許映射黑洞、中子星、脈沖星、超新星殘余、磁星、類星體和星系核活躍的磁場?！靶√诫U家”號太空望遠鏡裝載了兩大有效載荷:成像X射線極化系統(tǒng)、氣體像素探測器。成像X射線極化系統(tǒng):一套3臺相同的成像X射線極化系統(tǒng),安裝在一個共同的光學(xué)工作臺上,并與航天器的指針軸協(xié)調(diào)。每個系統(tǒng)獨立地運作,并且包括一個4米焦距太空望遠鏡,聚焦X射線到意大利開發(fā)的極化敏感成像探測器。焦距通過調(diào)節(jié)獲得。氣體像素探測器:利用極化光子產(chǎn)生的光電子發(fā)射方向的各向異性,對X射線在氣態(tài)介質(zhì)中相互作用的偏振態(tài),進行高靈敏度測量。此類同步輻射發(fā)射源的位置和能量依賴性偏振圖,將闡明X射線發(fā)射區(qū)域的磁場結(jié)構(gòu)。X射線極化成像較好地表明了強電子加速度區(qū)域的磁結(jié)構(gòu)。氣體像素探測器能夠從周圍的星云發(fā)射或相鄰點源中解析點源?！靶√诫U家”太空望遠鏡將于2021年由美國軌道科學(xué)公司發(fā)射,預(yù)計運行在近地點540千米、遠地點540千米、軌道傾角0°的軌道上,任務(wù)期2年?！鞍乩瓐D”高能望遠鏡“柏拉圖”太空望遠鏡(PLATO)全名為“過境行星與振蕩恒星”太空天文臺。2007年,科學(xué)家對歐空局“宇宙遠景2015~2025”計劃的呼吁作出回應(yīng),首次提議建造“柏拉圖”太空望遠鏡。2009年,歐空局完成了評估,并在2010年5月進入了定義階段。2015年1月,歐空局選擇泰雷茲阿萊尼亞太空公司、空客太空系統(tǒng)公司和位于德國不來梅的OHB系統(tǒng)股份公司,同時研發(fā)“柏拉圖”太空望遠鏡的系統(tǒng)和子系統(tǒng),并在2016年完成。2017年6月20日,歐空局在科學(xué)方案中選中了OHB系統(tǒng)股份公司研發(fā)的“柏拉圖”太空望遠鏡。這意味著“柏拉圖”可以從藍圖轉(zhuǎn)變?yōu)樘罩械膶嵨锪恕！鞍乩瓐D”的主望遠鏡采用多折射望遠鏡,收集區(qū)域2250平方度,可見光譜波長500~1000nm?！鞍乩瓐D”的有效載荷是基于多望遠鏡的方法,包括24臺望遠鏡相機,讀出節(jié)奏為25秒,加上2個快速攝像頭,工作節(jié)奏為2.5秒。照相機根據(jù)一個完全地屈光度望遠鏡,包括6個透鏡;每臺相機擁有1100平方度視場,透鏡直徑為120毫米。每臺相機都配備了CCD焦平面陣列,包括4架CCD相機,4510×4510像素?！鞍乩瓐D”的24臺相機的視線偏移為9.2°角度。這種特殊的配置允許測量每臺相機獲得2250平方度的總視場。“柏拉圖”將每3個月環(huán)繞90°的平均視線旋轉(zhuǎn),以便對同一地區(qū)的天空進行連續(xù)調(diào)查?！鞍乩瓐D”的目標(biāo)是找到像地球這樣的行星,不僅研究它們的大小,而且還要研究可居住性的潛力。“柏拉圖”將搜尋30~100萬顆行星和行星軌道,確認行星誕生、形成和運行。為實現(xiàn)這一目標(biāo),“柏拉圖”確定了以下目標(biāo):1、發(fā)現(xiàn)和描述大量接近的外行星系統(tǒng),精確測量行星半徑、年齡和質(zhì)量;2、太陽型恒星周圍宜居區(qū)地球大小行星和超大行星的檢測與表征;3、發(fā)現(xiàn)和描述大量的外行星系統(tǒng),研究它們的典型體系結(jié)構(gòu),以及它們對其宿主星和環(huán)境的屬性和依賴性;4、測量恒星的振蕩,以研究恒星的內(nèi)部結(jié)構(gòu),以及年齡的演變;5、確定光譜測量的良好靶點,以研究外行星大氣。歐空局預(yù)計:“柏拉圖”太空望遠鏡將在2026年從法屬圭亞那航天中心發(fā)射升空。它將運行在地球-太陽的“拉格朗日-L2”點上。“滿足”美國宇航局的“家雅”亞太望遠鏡“雅典娜”高級太空望遠鏡(AT