韦伯连续剧终于更新 期待第一季顺利完结_风闻

原创：牧夫天文

编译：王茸

校对：王婧彧 徐钒

美编：刘炎成

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

地球天文学界的跳票大王詹姆斯·韦伯空间望远镜 (James Webb Space Telescope，缩写为JWST)自1996年以来断断续续不按剧本演出的连续剧终于让焦虑的观众们又等到了一次更新：五层遮阳罩测试顺利完成。

装配完成的韦伯望远镜与好伙伴遮阳罩同框啦。

Credit: NASA

严格的测试是任何空间任务顺利成功的重中之重。遮阳罩，这个韦伯望远镜异常重要的亲密伙伴，要是无法正常运转的话，韦伯的这一季天文界连续剧说不准就要一直拖更了。

詹姆斯·韦伯空间望远镜是历史上造出的最先进的空间望远镜。它不仅是一架红外望远镜，还具有特别高的灵敏度。但想要达到辣么高的灵敏度来研究系外行星和遥远的宇宙童年，韦伯童鞋必须非常“冷静”，体温升高的话，灵敏度会大大折损。这个时候，遮阳罩就要大显身手啦。

遮阳罩在韦伯的设计中至关重要。韦伯望远镜会被发射到拉格朗日L2点，运行轨道很高，远离太阳、地球与月球。太阳是韦伯的主要热量干扰的来源，其次是地球与月球。遮阳罩会有效阻断来自这三大热源的能量并保护韦伯维持在工作温度正常运转。这个工作温度指的是零下220摄氏度(-370华氏度；50开尔文)。

上图中我们可以看出，韦伯望远镜的配置大致可分为两部分：红色较热的一面温度为85摄氏度，蓝色较冷的一面温度达到零下233摄氏度。红色的这部分中，仪器包括太阳能板、通信设备、计算机、以及转向装置。蓝色部分的主要装置包括镜面、探测器、滤光片等。

Credit: STSci.

遮阳罩的那一部分和望远镜的镜面这部分可以产生非常极端的温差。遮阳的这面温度可以达到110摄氏度，足以煮熟鸡蛋，而背阴处的部分温度极低，足以冻结氧气。

工程师们刚刚完成了五层遮阳罩的测试，按照韦伯在L2时的运行状态安装了遮阳罩。L2距离地球约160万公里。NASA表示这些测试使用了航天器的自带系统来展开遮阳罩，测试目前都已成功完成。韦伯望远镜遮阳罩负责人James

Cooper介绍说这是遮阳罩“第一次在望远镜系统的电子设备的控制下展开。尽管这个任务非常艰巨，难度高，但测试顺利完成，遮阳罩展开时的状态非常惊艳”。

遮阳罩由五层Kapton制成。Kapton是一种聚酰亚胺薄膜材料,

耐高温绝缘、化学稳定性较高。遮阳罩的每一层都有特殊的厚度并由一定的距离间隔。罩面拥有缝合线和其他措施来增强韦伯抵御微流星体撞击的能力，五层均配有铝涂层，最靠近太阳的第一层和第二层还增配了“掺杂硅”涂层，可以将来自太阳的紫外线能量反射回宇宙空间。

上图可见利用含有掺杂硅涂层反射来自太阳的能量，经过五层遮阳罩的保护，最后仅剩一点点热量到达望远镜的另一面。

Credit: STSci.

遮阳罩测试图。请看遮阳罩上的缝合线，这些缝合线可以有效防止撕裂。

Credit: Nexvolve.

尽管韦伯望远镜的航天器总线(spacecraft bus, 用来装载通信、计算、动力单元、并连接望远镜不同部分的结构）与哈勃望远镜体积相仿，但韦伯的镜面却是哈勃的两倍。由铍做成的主镜面拥有镀金薄膜、直径为6.5米、由18块六角形镜面组成。聚光面积高达25平方米(哈勃望远镜为4.3平方米)。事实上，韦伯望远镜的黄金镜面已经成为了网红，尽管升空一直跳票，但大家还是无法停止对它的爱呀。

韦伯的网红黄金镜空间艺术图

Credit: NASA

镜面需要足够大才能完成观测任务，比如接收那些来自遥远天体的黯淡光线并且研究系外行星。同时，这样的镜面和相应的遮阳罩会大到无法被装进火箭里发射升空。所以这两件宝贝都需要折叠并且在望远镜到位后陆续展开才能工作。光是想象一下就会觉得整个过程很复杂吧。不仅如此，目前进行的测试是在地球重力下完成的，而韦伯在空间中的展开实际上需要在没有重力的环境中进行。

韦伯童鞋升空、分离以及展开时间线示意图。空间位置为左上角的太阳、地球，直至右下角的L2点。发射成功至全展开大约需要14天左右。本文主角遮阳罩完全打开的时间大约在5.5天左右。

Source: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=56857580

正因为整个过程异常复杂，工程人员们才会不停地反复测试以保证韦伯在空间中可以正常运行。不同于在地球低轨道运行的哈勃望远镜，部件坏了，可以派遣宇航员去修修修呀。

韦伯望远镜是无法在空间中被宇航员维修的。它被送到太远的地方，远到只能孑然一身。我们只可能用航天器捕获它来修复严重的运行错误却无法更换零件。事实上，我们也只有一次机会来修复错误让遮阳罩顺利展开。

工程师和技术人员们现在需要非常小心地将遮阳罩折叠起来并安装在展开时的精确位置。除此之外，唯有更多的测试才能将错误几率降低。

韦伯遮阳罩的每一层都有自己的形状、面积以及不同的防撕裂模式来增加这些薄如发丝的遮阳膜使用寿命。

Credits: Northrop Grumman

测试还远没有结束。更多更复杂的电子和机械测试亟需完成，测试环境也需要模拟升空时的状态。之后还需要经过一次完成的展开测试再进行最后的装载。

韦伯的发射日期预计为2021年3月30日。（写到这里，我都捏一把汗，读者们心情和我一样吧，是该相信吗？哈哈）从项目开始的1996年起，23年过去了，当年中标的TRW（天合）公司都被采埃孚收购了，韦伯这个复杂又昂贵的天文故事还在继续，这不仅是NASA的故事，也是欧空局（European Space Agency）和加拿大航空航天局（Canada Space Agency）的坚持。

一旦韦伯望远镜成功进入L2点环绕轨道，或许就会让心焦的粉丝们忘记跳票的这些年。那个时候，会是韦伯电视剧第一季的完结、第二季的开始。

身处寂地，在亘古黯淡中醒来。

注: 本文在原作基础上改动完成

原文作者: Evan Gough

原文链接: https://www.universetoday.com/143804/james-webb-tests-its-sun-shield-so-far-so-good/

『天文时刻』 牧夫出品

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影像来源:  Tommaso Stella