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王多鱼都得犹豫!用100亿美元拍几张照片是什么体验?
原创2022-07-1419:14·潇湘晨报你是谁,从哪里来,要到哪里去?
经典哲学三问,有些人低头沉思,有些人则望向天际。
NASA举起了手,说有个小项目,要把一个口径6.5米的望远镜送去距离地球150万千米的第二拉格朗日点,或许可以观测到今天可见宇宙的初期状态。
什么样的望远镜?什么第二拉格朗日点?什么叫观测到可见宇宙的初期状态?翻译一下,就是要花100亿“刀”去拍照片给你看看宇宙诞生之初的图像,但钱花了也不一定能拍得到。
距离的遥远无法派宇航员进行维修保养,未来的测试中还可能发现未知问题,稍稍不慎就会制作出一滩“太空垃圾”。100亿美元或打水漂,最大胆的风险投资人也未必敢对赌。
嗨!拍吧!“王多鱼投了”!为了回答每一个人的哲学三问:生命的起源,地球的归宿,浩渺宇宙中星星点点是否还有其他殷切的期盼。况且宇宙本身就是终极浪漫——因为热爱星辰,我们不惧黑夜。
价值百亿的全彩图像
当地时间7月12日,美国国家航空航天局(NASA)公布了发射于去年12月25日的詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)拍摄的首批全彩图像。据NASA的说法,该耗资近100亿美元,重7吨,主镜直径6.5米的的巨型项目为人类呈现的是迄今为止最深、最清晰的遥远宇宙红外图像。
照片中这片深邃神秘的宇宙空间,从地球上看大约只有指尖上一粒沙那么大,但这背后却暗藏玄机。
拜登选择发布的SMACS0723
这张星系团SMACS0723被称为韦伯的第一个深场,图像细节极为丰富,在照片中,每个光点都是一个充满约200,000,000,000颗恒星的星系。
数以千计的星系第一次出现在韦伯的视野中,这片广阔的宇宙覆盖了大约一粒沙子大小的一片天空。
NASA局长纳尔逊在白宫说:“如果你把一粒沙子放在指尖一臂远的地方,那就是你看到的宇宙的一部分,只是宇宙中的一个小点。”
而这一个小点就涵盖了我们所在的星系,所在的共有的生存环境,所见到的所有的人和物的合集,所有的悲欢离合,所有的喜怒哀乐,所有的所有,在这张照片上如一粒沙子般呈现。
从“鸽王”到“韦神”,26年辛苦不寻常
命运多牟的詹姆斯·韦布空间望远镜项目启动于1996年,起初称为“下一代空间望远镜”,2002年改为现名,以纪念美国国家航天局的第二任局长詹姆斯·韦布在阿波罗计划中发挥的关键性领导作用。
按原计划,詹姆斯·韦布空间望远镜本应在2007年发射,初始预算5亿美元,但后因预算等问题不断推迟。从1996年立项至今扩大10次预算到百亿美元,推迟发射十四次,是名副其实的“鸽王”。
科普作家娜塔莉·沃尔奇佛写到詹姆斯·韦布空间望远镜的诞生记,称要想回望宇宙的诞生,看见第一群恒星的星光,必须先磨出一面和房屋一般大的镜子。但没有火箭能装下一面有房子那么大的镜子。于是,镜子必须被折叠起来。
折叠镜子:为了被折叠,镜子首先必须被分割成由多个镜片组成的蜂窝阵列。为了共同聚焦产生清晰的图像,镜片们在太空中展开后,必须排列到近乎完美的地步,这就需要精度极高的电机。这些电机能轻轻推动镜片,移动的距离可以精确到仅仅是病毒宽度的一半,以保证所有镜片安装到位。
绝对小巧:“韦神”的制动器能以10纳米的精度推动镜面,这个宽度仅为头发的万分之一。
不仅要精巧,而且要绝对意义上的轻巧,于是整个韦布望远镜的重量,只有一个大型地面望远镜重量的2%左右。
定点投送:这样依然还不够。还要把望远镜送去到一个特定的点——第二拉格朗日点。在那个点,月球、地球和太阳都位于同一个方向,架设起一个网球场大小的巨幅遮阳罩,望远镜就可以同时挡住这三个天体。通过这样的方式,望远镜终于可以进入极度深寒的状态(-223℃),从而探测到宇宙黎明时的微弱热量。
遮阳罩难题:遮阳罩既是红外望远镜的唯一希望,也是它的致命弱点。它只能由薄织物组成。工程师们心知,薄织物是“不确定的”,它的运动不可能被完全控制或预测。如果遮阳罩在展开时被钩破,整个望远镜就会变成一坨太空垃圾。
选遮阳罩的材料,让科学家们犯了难。首席工程师迈克尔?门泽尔形容这件事有多难:如果是刚性的东西,比如一扇门,你安上一条铰链,就可以预测它的运动方式。小菜一碟。但现在给你的是一条软的毯子。在床上推一条毯子,然后试着预测它会变成什么形状?太可怕了。同样的事情也发生在绳子上——每一根拉紧遮阳罩的绳子,可以有一百万种不同的运动方式。更糟的是,在零重力状态下,这些东西可以跑到你不希望它去的地方。
大约在2004年,2位NASA工程师来到门泽尔的办公室,说他们有办法。其中一人拿起门泽尔桌上的一张纸,把它折成Z字形。遮阳罩可以折叠成许多这样的Z字形,也就是“手风琴式折叠”。门泽尔觉得这个办法行得通。
……一个又一个小难题,不断出现。结果是,韦布望远镜比原计划迟了14年,预算超了20倍。
在发射之前,所有参与这项工作的人依然提心吊胆。因为韦布望远镜是一锤子买卖。
当年哈勃望远镜在低地球轨道上,离我们也就559千米,望远镜“近视”了,宇航员手里拿个扳手就飞上天去修了。但是韦布望远镜离我们150万千米,变轨失败或一颗微陨星撞击,出了任何问题,科学家和工程师们只能抱头痛哭,别无他法。
这个项目的首席科学家,诺奖得主、天体物理学家约翰·马瑟说,“我们已经尽力去发现所有的错误,进行测试和演习,此刻,我们将把价值数十亿美元的望远镜放在一堆爆炸物上。”
从“鸽王”到“韦”神,用了足足26年,“韦神”望远镜终于可以进入极度深寒的状态(-223℃),从而探测到宇宙黎明时的微弱热量,这些凝结着人类智慧结晶的照片价值不菲、来之不易。
“今天代表着探索我们宇宙的一个激动人心的新篇章,”美国副总统哈里斯说。“从有史以来,人类就带着奇迹仰望夜空,多亏了几十年来一直致力于工程和科学奇迹的人们,我们才能以新的理解仰望天空。”
关于宇宙前所未有的全新体验
古往今来,人类对宇宙的探索从未停止:从托勒密、哥白尼、伽利略到嫦娥探测器、祝融号火星车、天宫号空间站,从地球、月球、金星到太阳、火星、系外行星……在1608年望远镜被发明出来之前,所有的天文观测都通过肉眼进行。1608年,荷兰眼镜制造商汉斯·利伯希发明了望远镜,借助望远镜,伽利略·伽利莱等天文学家能够观测到行星的表面,并发现