人们对韦布寄以厚望,希望通过它观测的数据研究星系的形成与演化

两代空间望远镜的纠葛

历经30天的太空漫游,詹姆斯·韦布空间望远镜在2022年1月25日凌晨3点终于到达终点:距离地球150万千米的日地拉格朗日L2点。但还要再经过5个月的部署和调测,它才能开始第一张照片的拍摄。

100亿美元的造价,30多年时间的投入,一次次的延期以及预算扩充……诸多传奇和噱头集于一身,让詹姆斯·韦布空间望远镜(以下简称“韦布”)尚在建造阶段,关注度就足以和它的前辈哈勃空间望远镜(以下简称“哈勃”)比肩。

韦布的目标之一是观测星系的形成。图源NASA。
人们对韦布寄以厚望,希望通过它观测的数据研究星系的形成与演化,了解恒星及行星系统的形成,发现行星系统以及生命起源乃至解开宇宙诞生之谜……

如此接近“捧杀”的期待姿态,背后依据的大概是造价只有韦布1/8的哈勃所取得的惊人成就:被称之为“有史以来最重要的天文观测设备”,给天文学几乎所有领域都带来了突破性发现。

目前哈勃已运行31年,在这段被数次维修延长的服役生涯中,它对三十多个星系进行距离测量,最终确定了宇宙目前的哈勃常数(宇宙膨胀的速率是通过哈勃常数来确定的)大约为73,随机误差仅为6%,系统误差为8%,并参与了对宇宙加速膨胀推测的证实。

137.7亿年的演化中,宇宙一直在膨胀。最初是指数级的爆胀,随后的几十亿年里,随着宇宙中物质的引力拉动,膨胀速度逐渐减慢。图源NASA / WMAP团队。
通过哈勃提供的精细图像,人们研究了数十个星系团的透镜成弧现象,在此基础上,最终证实暗物质的总量超过普通物质的6倍左右。

而在一项长达15年的观测项目中,哈勃又发现,银河系附近一些普通的星系的核心几乎都会发生运动速率突然增大的现象,这间接证实了黑洞的普遍性,推翻了黑洞属于某个特定星球所有的推断。

20世纪天文学最具标志性的图片:“创世之柱”(Pillars of Creation) ,由美国太空总署用哈勃太空望远镜拍摄于1995年,照片中的天体为 6500 光年以外的天鹰星云,即“M16星云”。图源NASA。
哈勃提高了人们对韦布的期待值,也同样是哈勃,为韦布日后所谓“鸽王”的大名埋下了伏笔。

1990年4月24日,哈勃由发现号航天飞机发射进入轨道。然而几周后,哈勃传回来的第一张图像却让所有人都大跌眼镜:画面中的光并没有聚集在一个胶面上,而是散成了一个个模糊的光晕——哈勃“近视”了?!

原来,哈勃的主镜片在制作时发生失误,导致边缘部分比理想状态差了约1/5根头发丝的厚度。但就是这样一个微小的错误,导致了灾难般的后果。

消息传出之后,舆论哗然。各大公共平台纷纷谴责NASA,称NASA花费重金制造了一个“哈勃麻烦”(Hubble Trouble),发射了一个史上最大的太空垃圾。为了挽回失误,NASA决定派出人员抢修。

1993年12月,NASA启动奋进号航天飞机,运送了7位宇航员来到哈勃身边。5次艰难的太空行走之后,宇航员们为哈勃戴上了一个专属的矫正镜片,它能与哈勃的镜片产生相反的作用来矫正视力。

哈勃空间望远镜拍摄图像:左侧为维修前的模糊图像,右侧是矫正后的图像。图源维基百科。
哈勃的失误直接让NASA推迟了韦布计划正式提议的时间:1989 年,空间望远镜研究所第一次讨论哈勃太空望远镜(HST)的继任者(即后来的韦布),一年后讨论口径问题,但直到哈勃带上矫正镜片的2年后(1995年),天文学家才正式在国会给韦布报了价——5.64亿美金,预计2007年发送。

这个报价显然不太诚恳。要知道,他们在1975年首次给哈勃报预算时,给出的数字就已经在4亿美元以上了,最后的真实造价更是达到了12亿美元。美媒在报道中直言:这是个旨在让国会参与进来的报价。

后来的发展证实了媒体们的猜测。

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