新詹姆斯·韦伯太空望远镜在周末通过了另一个重要的里程碑，部署了它的主镜——这个期待已久的天文台皇冠上的明珠。
这面镜子直径高达6.5米，比之前发射到太空的任何镜子都要大。(哈勃太空望远镜的主镜只有2.4米宽。)这一尺寸提高了望远镜的灵敏度——收集光线的镜面面积越大，就能捕捉到恒星或星系的更多细节。
这面镜子是由坚固、轻盈的六角形碎片镶嵌在一起组成的。在发射时，它们被折叠成两个“翅膀”，以便望远镜能装进运载火箭。但现在他们又成功地展开了。
这是继最近部署的副镜之后:一个小的圆形镜子，它在将主镜的光线反射到仪器上起着至关重要的作用。
这两面镜子都覆盖着一层极薄的黄金。这不仅仅是为了看起来漂亮——实际上它优化了它们反射红外光的能力。
改写宇宙历史
最令人兴奋的是詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)是它带来红外天文学革命的承诺。它有一面巨大的镜子，能够看到光谱中红外部分的光，它可以回溯数十亿年的历史，捕捉宇宙起源时微弱的红移光。
它将能够观看第一批闪烁的恒星和星系，探索将宇宙从黑暗时代带入光明时代的神秘过程。
几十年来，天文学家一直对宇宙的早期存在着迫切的疑问——例如，最初的恒星是什么样子的?磁场和湍流是如何在触发第一批恒星的诞生中发挥作用的?黑洞最初是如何形成、开始成长并成为星系的中心的?
JWST是专门为回答这些问题而设计的。
澳大利亚国立大学ASTRO 3D主任丽莎·科利(Lisa Kewley)解释说:“通过深入观测，詹姆斯·韦伯将揭示在婴儿宇宙中形成的第一个星系，以及这些星系如何在130亿年的宇宙时间中演化。”
“我们将获得像银河系这样的星系是如何形成和演化的前所未有的图像。我们将测量构成生命的元素:氧、碳和氮是如何在130亿年的宇宙时间中形成和演化的。詹姆斯·韦伯还将揭示太阳系外行星周围大气中的元素。
詹姆斯·韦伯想要回答的大问题都是关于我们的起源和我们在宇宙中的位置:我们是独一无二的吗?我们的地球是独一无二的吗?银河系是独一无二的吗?我们的起源是什么?”
宇宙历史的第一章以前很难研究，因为我们能够了解它的唯一方法是通过光。随着宇宙的膨胀，这些第一代恒星发出的光在向我们传播的过程中被拉伸，从能量更高的紫外线或可见光波转变为电磁波谱的红端。
墨尔本大学ASTRO 3D研究员Nicha Leethochawalit解释说:“没有x光机，我们无法看到骨折。”“同样，我们需要近红外波长来探测宇宙起源时的星系，需要中红外波长来确定它们的组成。”
对我们来说不幸的是，这种红外光和热量是一样的，而我们在地球上有很多红外光，淹没了遥远星系的微弱信号。
但通过发射一个巨大的红外敏感望远镜到冰冷的宇宙中，我们可以捕捉到这些古老恒星的闪烁。
Leethochawalit说:“在可见光到中红外波长范围内，JWST的直径是前所未有的。”“它将探测到人类已知的最微弱、最远的光源。”
哈勃太空望远镜已经绕着这颗行星运行了30多年，但由于它没有优化到可以用红外线研究宇宙，所以它还不能回答JWST将要解决的所有问题。事实上，哈勃的观测结果启发了JWST的设计。
哈勃发现，恒星、星系和超大质量黑洞在宇宙历史上的存在比我们想象的要早得多，并且随着时间的推移发生了巨大的演变。我们还了解了暗物质和暗能量在宇宙演化中所扮演的角色，我们还发现了数千颗围绕恒星运行的系外行星。JWST将告诉我们更多关于这些事情的信息。
JWST的镜子更大——加上它特殊的红外能力和与地球热量的更大距离——意味着这台新望远镜将超越哈勃望远镜所能做到的红外天文学。
那么接下来的旅程是什么呢?
与哈勃不同的是，JWST不会围绕地球运行——事实上，它仍在向其最终工作地点——第二拉格朗日点(L2)前进的途中。
在这个距离地球约150万公里的地方，望远镜实际上将围绕太阳运行，但同时始终与地球保持一致。在地球和太阳的引力作用下，它在轨道运行时基本会跟上地球的速度，所以它需要的火箭燃料相对较少。
这也使得它的遮阳板很容易——上周也成功地展开了——始终保护精致的镜子和仪器免受来自地球和太阳的热量。望远镜必须在大约-225°C的温度下工作，因此这种保护配置是必不可少的。
JWST完成到达L2的旅程总共需要30天，所以在它被插入轨道之前还有几个星期的时间。
当这一切发生的时候，镜子还在继续自我准备。他们已经开始在遮阳板的阴影下进行必要的冷却过程，但还需要几个星期才能达到稳定的工作温度。这是一个精细控制的过程，电加热条控制着冷却速度，所以所有东西都小心翼翼地收缩。
随着一切都冷却下来，每个独立的镜像段将被小心地移出发射配置并就位。
为了正确地聚焦于遥远的星系，所有的碎片都需要完美地对齐。这一工作是由安装在每块镜子背面的微型机械马达(称为驱动器)完成的，它可以移动每块镜子，直到它们一起成为一个大的连贯的碎片，产生清晰的图像。
马里兰州NASA戈达德太空飞行中心的韦伯光学望远镜部件经理李·范伯格解释说:“把主镜部分像一个大镜子一样对准，意味着每个镜子都对准了人类头发厚度的万分之一。”“更令人惊讶的是，研究韦伯望远镜的工程师和科学家们不得不发明如何做到这一点。”
然后，一旦JWST进入轨道，镜子准备就绪，科学仪器就会上线。
但在JWST第一次将目光投向天空之前，还需要整整五个月的时间，因为光学系统需要适当对齐，仪器需要仔细校准。
来自国际射电天文研究中心(ICRAR)和西澳大利亚大学的Simon Driver说:“JWST是一项非凡的工程壮举，是有史以来建造的最复杂的仪器之一，它将展示我们在距离地球150多万公里的地方运行新空间技术的能力。”
“澳大利亚将在跟踪阿丽亚娜5号运载火箭进入太空时发挥关键作用，随后还将每天8小时从美国宇航局位于澳大利亚首都ACT的深空追踪站下载科学数据。”
展望未来
世界各地的天文学家都在屏息以待JWST在2022年年中开始其科学计划。
“这就像我等圣诞节等了20年，”莫纳什大学的丹尼尔说。“第一轮观测对我们莫纳什大学的团队来说特别特别，因为我们有时间对2018年发现的一颗婴儿行星进行成像。我们希望一张围绕年轻太阳运行的新生行星的照片能证明詹姆斯·韦伯的早期惊人结果之一。”
但是，虽然有些人已经等待了几十年，但对于年轻的科学家来说，这将标志着令人兴奋的职业生涯的开始。
“在过去的几年里，作为一名年轻的研究人员，我一直在学习天体物理学中当前的许多问题和挑战，”斯威本科技大学天体物理学和超级计算中心的博士候选人胡安·曼努埃尔·埃斯佩霍(Juan Manuel Espejo)说。
“我发现几乎每一个都有一个共同的主题，那就是JWST将在证明答案和减轻我们对宇宙的好奇心方面发挥关键作用。”
来自ASTRO 3D的Claudio Lagos Urbina补充道:“我非常期待这一点——作为一名计算天体物理学家，我们已经对JWST将看到的东西进行了几年的预测，现在是时候测试这些预测了，希望把这些新的观察转化为对星系如何形成的理解，特别是我们的家园，银河系是如何形成的。
“我们真的期待在理解宇宙形成的能力方面取得突破。”
劳伦Fuge
Lauren Fuge是《宇宙》杂志的科学记者。她拥有阿德莱德大学物理学学士学位和弗林德斯大学英语和创意写作学士学位。
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