笔者们透过太空望远镜看见的最古老的东西是何等,世界上那一个出名的天文望远镜

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ca88 1詹姆斯·韦伯空间望远镜合作开发美国ca88 2加拿大ca88 3

哈勃的完美谢幕

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  1. 红外天文卫星IRAS
  • 名称:詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST)
  • 制造商:TRW公司
  • 发射日期:2013年
  • 发射地点:法属圭亚那,库鲁
  • 轨道:L2拉格朗日点,halo
  • ca88,运载火箭:阿丽亚娜5ECA

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图解:哈勃太空望远镜可以窥视到130亿光年外的太空并寻找到了7个星系,其中一些甚至仅仅诞生于宇宙起源的4亿年后。

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参数

  • 中心直径:6.5米

詹姆斯韦伯太空望远镜是以美国宇航局局长詹姆斯·韦伯的名字命名的,詹姆斯韦伯从1961年到1968年接管了美国宇航局,他为美国登月贡献了很多……

图源:NASA/GETTY IMAGES

红外天文卫星IRAS,是红外天文观测的开山之作,其他的天文观测系统都是在它的基础上进行的,它主要的科学任务是对12μm、25μm、60μm和100μm的红外星体进行观测。

有效载荷

  • 中红外仪(MIRI),近红外照相机(NIRCam),近红外分光仪(NIRSpec),精细制导传感器/可调滤波成像仪(FGS/TFI)

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在深入探讨这个问题之前,让我们首先解释一下为什么会通过一个望远镜能找到最古老的东西。虽然这个设定未免听起来有点像一场太空主题的歌舞杂技表演:“我用哈勃望远镜看见了我的岳母在朝我挥手!”

IRAS由美国、英国及荷兰共同研制,并于1983年1月发射升空,它是第一颗用于天文观测的红外卫星。IRAS在900km高度的太阳同步轨道上工作了10个月,其任务是在8~120μm谱段范围内观测整个太空。IRAS扫描了96%以上的天空,探测到大约50万个红外源,并第一次揭示了银河系核的特征。

结构尺寸

  • 22米×12米(72英尺×39英尺),加防护罩

  很早就作为新一代太空望远镜闻名于世的詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST),是以NASA前任管理者的名字命名的。这一大型望远镜由美国、欧洲和加拿大航空机构合作完成,它的任务是调查银河系、恒星以及行星系统的起源和进化。JWST被称作哈勃望远镜的继任者。因此它至少要运行5年。

詹姆斯·埃德温·韦伯,美国宇航局第二任局长

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  1. 哈勃空间望远镜

结构特点使用情况

韦伯将成为未来十年的主要天文台和观测仪器,为全世界数以千计的天文学家服务。它将带我们回到过去,研究宇宙历史上的每一个阶段,从宇宙大爆炸之后的第一束光芒,再到星系等宇宙大结构和超大结构的动向,比如融合,撕裂,结构等等,最后詹姆斯韦伯太空望远镜还会研究我们自己太阳系的演化过程。

其实,你用望远镜观测到的最遥远的物质,同时也是最古老的。(当然这是指当你是一个宇航员,而你的望远镜是哈勃太空望远镜的时候。)虽然我们知道光速是最快的,但是其运动仍需要时间。举个例子,当我们看到太阳时,所见的是其八分钟前的模样,因为阳光从被太阳发射出来再到来到我们眼前需要整整八分钟。

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结构特点

这台望远镜直径约6.5米的六边形主镜面由碳化硅制成。JWST携带三台具有超级图像能力的仪器:一台近红外摄像机、一台近红外光谱摄制仪以及一台组合式中红外摄像机与光谱摄制仪。在可见光感波段和红外线波长(0.6~28微米)范围内的光都在这三台仪器的观测范围之内。天文台实时进行方位调整,以保证太阳、地球和月亮都在星体的一侧。

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哈勃空间望远镜,以美国天文学家埃德温·哈勃的名字命名,1990年4月24日由发现号航天飞机发射升空,在地球轨道的望远镜,通光口径2.4m的反射式天文望远镜,用于从紫外到近红外(115—1010nm)探测宇宙目标,配备有光谱仪及高速光度计等多种附属设备,由高增益天线通过中继卫星与地面联系,1997年维修之后具备了近红外观测能力。

使用情况

这一大型望远镜由美国、欧洲和加拿大航空机构合作完成,它的任务是调查银河系、恒星以及行星系统的起源和进化。JWST被称作哈勃望远镜的继任者。因此它至少要运行5年。

哈勃太空望远镜,现代宇宙学的重要观测设备

而离我们更远的恒星、行星和星系皆不例外:我们看到的一颗20光年以外的恒星是它20年前的样子;我们现在能观察到的1亿光年外的星系是其在恐龙时代时期的形态。

3.康普顿伽玛射线天文台

1990年,哈勃太空望远镜开始运行,使它成为第一个太空天文台,哈勃带领我们看到了遥远的宇宙。它向我们展示了我们宇宙的样子,以及宇宙在数十亿年中是如何变化和成长的。哈勃还向我们展示了数十亿年前星系是如何不同的,并揭示了形成我们今天宇宙的微弱而遥远的星系是什么样子。

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综上所述,宇宙里我们能看到最远的东西必定就是最古老的的东西。现在我们知道宇宙已经大约137亿岁了,那么你觉得我们能观测到最古老的星体有多久远?3亿年?10亿年?

康普顿伽玛射线天文台,以美国物理学家康普顿的名字命名,1991年4月5日由亚特兰蒂斯号航天飞机搭载升空,工作在伽玛射线波段,也能扩展到硬X射线波段。因陀螺仪损坏,2000年6月4日在人工引导下毁入太平洋。

哈勃28周年生日观测

130亿年这个答案怎么样?

4.钱德拉X射线天文台

但是有一些问题是哈勃无法为我们回答:

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最初的恒星和星系是什么样的?

瞬间令你对太空望远镜肃然起敬,不是么?哈勃太空望远镜哈勃太空望远镜可以窥视到130亿光年外的太空并寻找到了7个星系,其中一些甚至仅仅诞生于宇宙起源的4亿年后。哈勃望远镜用了100小时紧紧盯着一块太空中的区域(哈勃极深场
the Ultra Deep Field),利用红外线试图找到离我们最远的星体。

钱德拉X射线天文台,以美籍印度裔天体物理家钱德拉塞卡的名字命名。,1999年7月23日由哥伦比亚号航天飞机搭载升空,工作在软X射线波段。

恒星是如何在原始星盘中形成的?

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  1. 斯皮策太空望远镜

地球大小的世界的大气是什么样的,它们是否包含生命的特征?

结果是它找到了远至130亿–133亿光年外的星系。虽然这个数字并没有被完全确认,但是这个初步的结果已经十分令人震惊。同时,别忘了詹姆斯·韦伯太空望远镜将于2019年启用,届时我们可以更精确探测到最远的星系:詹姆斯·韦伯望远镜相比哈勃拥有更强大的红外线观测能力。更了不起的是,詹姆斯·韦伯望远镜可以为我们展现宇宙大爆炸后仅仅2亿年的光源。【来源:Masetti】

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我们需要看多远才能看到原始宇宙?

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斯皮策太空望远镜,为了纪念天体物理学家-莱曼·斯皮策,2003年8月25日由德尔塔Ⅱ型火箭发射升空,工作在红外波段。

早期的恒星和星系是如何聚集起来的?

詹姆斯·韦伯太空望远镜计划中作为哈勃太空望远镜继任。JWST将带来远高于哈勃的分辨率和灵敏度,届时将为天文学和宇宙学提供十分广泛的研究基础,包括观测一些最遥远的宇宙事件和星体,例如最初的星系的形成。其他的目标包括理解恒星和行星的形成以及获取太阳系外行星和超新星的图像。

  1. 费米伽玛射线空间望远镜

……

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新观测革命——詹姆斯韦伯太空望远镜

JWST的主镜(Optical Telescope
Element)直径为6.5米(21英尺4英寸/260英寸),由18个六边形镜片组成,远大于主镜直径为2.4米(7英尺10英寸/94英寸)的哈勃望远镜。不同于哈勃望远镜的近紫外、可见光和近红外的光谱,JWST将采用从长波可见光至中红外(0.6——27微米)的更低的频率,这将使之有能力观测到哈勃无法企及的高红移的星体。为了能在红外线中工作而不受干扰,韦伯望远镜必须处于一个极端寒冷的环境中。所以它将被发射至日地拉格朗日L2点,其镜片和仪器会被一块巨大的遮阳板保护并维持在50K(−220
°C; −370 °F)。参考资料

费米伽玛射线空间望远镜,以意大利科学家恩里科·费米的名字命名,2008年6月11日由德尔塔Ⅱ型火箭发射升空,运行于近地低空轨道,隶属于美国宇航局、美国能源部和法国、德国、意大利、日本及瑞典等国。费米伽玛射线空间望远镜能够探测到宇宙中最强大的射线。超大质量黑洞、中子星碰撞以及超新星爆炸都可能发出超强能量辐射。因此,费米伽玛射线空间望远镜的主要任务就是研究黑洞和暗物质。

面对这些问题,需要一个革命性的新天文台,它就是詹姆斯·韦伯太空望远镜。

1.WJ百科全书

  1. 开普勒太空望远镜

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2.天文学名词

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詹姆斯韦伯太空望远镜的全尺寸模型,完整的展开结构

  1. KATE KERSHNER- science.howstuffworks

开普勒太空望远镜,以德国天文学家约翰内斯·开普勒的名字命名,2009年3月6日由德尔塔火箭发射升空,运行在尾随地球的太阳轨道上,开普勒望远镜采用“凌星”的方法对系外行星进行观测。“凌星”是指在观测者看来,行星从中央恒星前面经过的现象(类似于地球上的金星凌日和水星凌日)。当系外行星经过中央恒星前面的时候,会短暂遮挡一些光线,导致星光看起来变暗,开普勒望远镜基于这点来判断出行星的体积。

在波长和灵敏度方面,詹姆斯韦伯太空望远镜与哈勃在大小和其他望远镜阵列上相比较,它的大小确实是前所未有的。詹姆斯韦伯太空望远镜将使用红外光来研究宇宙历史上的每一个阶段,从大爆炸之后的第一次发光,之后到能够支持地球等类地行星上生命的形成,或者是恒星的形成。

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“开普勒”望远镜观测的目标区域位于银河系中的天鹅座和天琴座一带,因为这个方向上的观测较少受太阳等天体影响,有利于持续观测。此外,这一区域内也存在较多的恒星及附属行星。

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转载还请取得授权,并注意保持完整性和注明出处

2013年5月15日,开普勒空间望远镜由于反应轮故障,无法设定望远镜方向,因此被迫停止其搜寻系外行星任务。2013年8月18日,美国国家航空航天局表示无法修复,正式结束其主要科学任务。

詹姆斯韦伯太空望远镜是有史以来最大的望远镜

  1. 盖亚空间望远镜

功能越强,责任越大,这就引出了詹姆斯韦伯太空望远镜的关键任务:我们能测量这些遥远星系的什么特性?天文学家对附近星系观测的非常详细,比如它们的形状,颜色,大小,类型等等。但是,通过使用对可见光频率敏感的望远镜(如紫外线、射电和红外线)来观察它们,我们就可以发现银河系恒星群的线索,以及它与我们之间的详细距离。

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盖亚空间望远镜,2013年12月19日由联盟号运载火箭发射升空,飞往距地球150万公里的拉格朗日L2点。该点是太阳和地球引力的平衡点之一,在太阳与地球连线外侧,由于背对太阳受干扰较少,适合安放太空望远镜等空间探测设备。盖亚空间望远镜将观测银河系中约10亿颗恒星的位置和运动,绘制迄今最精确的银河系三维地图,并帮助解答有关银河系起源和演化的问题。

詹姆斯韦伯太空望远镜渲染图

  1. 瞳卫星(ASTRO-H X射线望远镜)

通过尽可能多地观察不同种类的星系,我们可以创建一个光谱列表,这个光谱列表可以让我们看到星系在每一种光谱中的亮度与对比度。因为宇宙在膨胀,我们的太空望远镜探测到的电磁波沿着方向一直延伸,而光谱中的伸展量和星系与我们之间的距离成正比,这个理论也叫做哈勃定律。这个光谱列表还可以揭示其他性质,如恒星的总质量、星系内形成恒星的速度以及恒星群的详细年龄。

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就在几个月前,一组来自美国和欧洲的天文学家使用了哈勃太空望远镜和斯皮策红外空间望远镜去发现迄今为止最遥远的星系,GN-Z11。

ASTRO-H X射线望远镜,2016年2月17号由
H-2A火箭从鹿儿岛县种子岛宇宙中心发射送入太空。ASTRO-H
X射线望远镜全长14米,重2.7吨,由日本宇宙航空研究开发机构和美国宇航局等机构共同研发。望远镜运行在高度约580公里的环地球轨道观测黑洞和星系团等放出的X射线,探索黑洞等宇宙的未解之谜。3月26号,该卫星与地面失联。4月28日日本宇宙航空研究开发机构正式宣布放弃”失联”的x射线天文卫星”瞳”。

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10.詹姆斯·韦伯太空望远镜

GN-Z11星系,距离我们134亿光年

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GN-Z11正以每年20倍的速度形成恒星。令人惊讶的是,在第一颗恒星开始形成后的两亿到三亿年后,一个如此庞大的星系就形成了。任务小组的一名研究人员Garth
Illingworth解释说:“要想这么快地形成一个十亿太阳质量的星系,就需要非常快的成长,以巨大的速度产生恒星。”

詹姆斯·韦伯太空望远镜,以美国宇航局第二任局长詹姆斯·韦伯的名字命名,是美国航空航天局、欧洲航天局和加拿大航空航天局联合研发的红外线观测用太空望远镜项目。质量为6.2吨,约为哈勃空间望远镜的一半。主反射镜由铍制成,口径达到6.5米,面积为哈勃太空望远镜的5倍以上。是哈勃太空望远镜的继任者,将在2018年10月发射,通过红外波段对宇宙进行观测,以帮助科学家进一步了解宇宙的结构。

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詹姆斯韦伯太空望远镜主镜大小是由科学家和工程师决定的,研究小组决定将铍制成镜面,铍既结实又轻

如此古老,如此庞大星系结构存在,与当前某些宇宙理论发生了冲突,给致力于星系形成和演化建模的天文学家们带来了新的挑战。这个时候,就需要詹姆斯韦伯太空望远镜了,它肯定会发现许多这样古老的星系,还可以追溯到第一批星系形成的时候。”Illingworth说。

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詹姆斯韦伯太空望远镜的四个科学仪器被安置在一个名为“综合科学仪器模块”的单元中

詹姆斯韦伯太空望远镜计划于2021年3月发射,并将在离我们144万千米的一个特殊位置绕太阳和地球系统运行。和哈勃一样,詹姆斯韦伯太空望远镜将携带多个现在最先进的观测仪器,它的主镜将比哈勃大近7倍,其频率范围将延伸到更远的红外区域。不同的频率范围将使詹姆斯韦伯太空望远镜能够探测到属于更远星系结构具有较高伸展性的光谱,同时詹姆斯韦伯太空望远镜还可以同时拍摄100个天体的光谱。

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工程师正在检查三个科学观测仪器的结构互通性

天文学家对詹姆斯韦伯太空望远镜寄予厚望,希望能够回到距离大爆炸仅1.5亿年的时间内,并发现第一批形成的星系。詹姆斯韦伯太空望远镜将帮助我们了解星系的形状是如何随时间变化的,以及控制星系相互作用和合并的因素是什么。

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现在发现很多类地星球,它们的恒星系和太阳系很像

詹姆斯韦伯太空望远镜不仅仅关注星系,通过在红外线下观察宇宙,我们将能够透过星尘的遮挡看到新生恒星,还可以看到其他恒星系内行星的形成。此外,詹姆斯韦伯太空望远镜一个被称为日冕图的特殊仪器将能够对其他恒星周围的行星进行科学数据立体成像,并有望发现几个能够承载生命的,真正类似地球的行星。

对任何一个对天空痴迷,对外星生命充满期待的人来说,下一个十年是一个非常令人兴奋的时期。

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詹姆斯韦伯太空望远镜的观测之路

哈勃带领我们看到了宇宙,可是它的功能现在来说是有限的。它的主镜长2.4米,只有目前正在建造的最强大的地面望远镜的1%的聚光能力。因为它离地球很近,它会接收到我们星球的热量,所以只能看到一点点红外线光谱,它主要局限于人类眼睛所能看到的相同类型的光。考虑到宇宙正在膨胀,其内部的辐射被转移成更红、更长的波长,我们所能看到的距离是有很大限制的。

其实詹姆斯韦伯太空望远镜在升空之前,天文学家和詹姆斯韦伯太空望远镜任务团队已经为詹姆斯韦伯太空望远镜制定好了任务目标。

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宇宙的历史阶段

首要任务被称为观察宇宙第一次光和再电离过程:这是指宇宙在宇宙大爆炸之后的早期阶段。在大爆炸之后的第一阶段,宇宙是一个粒子的海洋,比如有电子、质子和中子等等,直到宇宙冷却到足以使这些粒子结合时,光才能出现。这个时代被称为“再电离时代”。

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NGC 5194和NGC 5195,两个星系正在融合

第二个任务就是星系结构融合观察:了解宇宙?怎样了解宇宙,一种很有用的方法来观察宇宙中的巨大结构是如何慢慢形成的。我们现在看到的螺旋星系和椭圆星系实际上是从数十亿年前不同形状演化而来的,詹姆斯韦伯太空望远镜的目标之一是回顾最早一批的星系,以便更好地理解这种演化。科学家们也在试图弄清楚我们是如何得到今天可见的各种星系,以及目前星系形成和聚集的方式。

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类似太阳系的恒星系

接下来的一个任务被称作恒星和原行星系统的诞生与毁灭:说到这个任务不得不说的就是鹰星云的创造之柱,这里是是恒星最活跃的地方之一。恒星在气体云中出现,随着恒星的生长,它们施加的辐射压力会吹走部分气体。然而,恒星在诞生的时候,有很多气体和尘埃云,它们组成了星盘,所以我们很难看到。詹姆斯韦伯太空望远镜的红外观测仪器将能够观察宇宙热源,包括这些即将诞生的恒星。

最后的一个任务是行星和生命起源:在过去的十年里,天文学家发现了大量的系外行星。詹姆斯韦伯太空望远镜的强大传感器将能够观察到更远的行星,而且能观察的更清楚,詹姆斯韦伯太空望远镜在某些情况下甚至可以对遥远星球的大气层进行成像。了解行星的大气和形成条件可以帮助科学家更好地预测某些行星是否适合居住。

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发射后近一个月,詹姆斯韦伯太空望远镜将开始进行轨道修正

这就是NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜明年发射的确切计划。18块镀金镜片提供了哈勃7倍的聚光能力,但重量只有哈勃的一半。它的轨道位置,在L2拉格朗日点,如此遥远,地球和月球的都不会影响到这个专注观察的人类眼睛,这也意味着它将不必对抗任何污染。

这台强大的望远镜配备了四个科学仪器,这些仪器都包含在集成科学仪器模块ISIM里面。詹姆斯韦伯太空望远镜的集成仪器将能够探测到来自深空中恒星和星系的光,以及围绕其他恒星运行的行星,接下来我们来看一看詹姆斯韦伯太空望远镜的科学仪器吧,首先是:

NIRCAM——近红外相机

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近红外相机安装在詹姆斯韦伯空间望远镜的飞行综合科学仪器模块ISIM中。NIRCAM刚刚集成到ISIM中

近红外相机是詹姆斯韦伯太空望远镜的主要观测仪器,它将覆盖红外波长范围是0.6至5微米,这使詹姆斯韦伯太空望远镜有望探测来自最早恒星和星系的光芒。NIRCAM还可以持续观测附近星系中的恒星群,NIRCAM还会观察银河系的部分区域。NIRCAM配备了日冕观测模块,天文学家可以捕捉到明亮物体周围非常微弱的物体的照片,比如恒星系统,这个高度仪器是由亚利桑那大学和洛克希德马丁公司共同研究制造的。

NIRSpec——近红外光谱仪

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欧洲宇航局工程师完成了NIRSpec的组装和测试工作

这种近红外光谱仪将用于把光线从物体中分散到光谱中,并在0.6至5微米波长范围内工作。天文学家通过使用NIRSpec分析天体的光谱,并发现温度、质量和化学成分等物理特性。该仪器经校准后,可同时观测100个物体,这使它成为第一台具有这种特殊超大容量的空间光谱仪。

MIRI——中红外仪器

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工程师们小心翼翼地将詹姆斯韦伯太空望远镜的中红外仪器植入到美国宇航局戈达德太空飞行中心洁净室的飞行综合科学仪器模块ISIM中。

中红外仪器既包括照相机,也包括光谱仪,可以在电磁光谱的中红外区域捕捉到光。MIRI可以覆盖5至28微米的波长范围,同时MIRI的相机提供8了宽视场、宽成像,所以未来詹姆斯韦伯太空望远镜拍摄的图片会比哈勃太空望远镜拍摄的照片更宽广,深空图会包含更多星系。MIRI是由欧洲国家的一些科学家和工程师、美国宇航局喷气推进实验室和其他美国机构的科学家共同建造的。

FGS/NIRISS——精细制导传感器/近红外成像仪和无缝隙光谱仪

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安装过程需要极其精细的工作,所以有很多工程师都参与了精细制导传感器/近红外成像仪和无缝隙光谱仪的安装工作

精细制导传感器FGS为詹姆斯韦伯太空望远镜提供了精确指向观测目标的能力,从而能够捕获更高清晰度图像。近红外成像仪和无缝隙光谱仪NIRISS还可以用于研究宇宙电离时代后的光观测、系外行星探测和表征观测,以及外行星过境光谱等。这个仪器由加拿大宇航局和加拿大国家40多个科学机构共同研究。

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工程师正在检查分镜和詹姆斯韦伯太空望远镜的连接结构

通力合作的詹姆斯韦伯太空望远镜

詹姆斯韦伯太空望远镜是美国宇航局,欧洲航天局ESA和加拿大航天局CSA。这项合作始于1996年,目的是设计和建造一台值得成为NASA哈勃太空望远镜的科学继承者的望远镜。Northrop
Grumman公司也是主要的工业合作伙伴,詹姆斯韦伯太空望远镜科学研究所会在发射后开始运营。

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这个设备是STTARS,运送太空望远镜包括其载荷都需要它,图片拍摄的位于休斯敦美国宇航局约翰逊航天中心A室外

硬核太空望远镜各方面都准备好了,怎么发射呢?为了确保发射无误,美国宇航局和其他太空合作机构采用了慢工出细活的办法……首先整个科学仪器都需要在一个多层无尘室内,无尘室是用来装望远镜和组装每个科学载荷的。各个科学载荷从各地运来的时候都有专门的容器,叫做STTARS、STTARS有点像一个平面托盘,110英尺长,顶部有一个框架和一个明亮的白色圆顶盖子,它全材料都用特殊的磁设计,内部无灰尘。

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如何把詹姆斯韦伯太空望远镜装入阿丽亚娜5号火箭中?模拟图为我们展示了詹姆斯韦伯太空望远镜的折叠过程

詹姆斯韦伯太空望远镜的重量约为3650千克,当太阳屏蔽设备和飞行电子设备加进来的时候,它将变得更重。这架望远镜发射是必须折叠起来运送,大约有一辆校车那么大。装好后,詹姆斯韦伯太空望远镜被卡车运到附近的埃灵顿空军基地,装进一架经过特殊改装的军用运输机,然后飞往洛杉矶。

在那里,航空航天公司Northrop
Grumman将会对詹姆斯韦伯太空望远镜进行最后检查持续几个月。然后,它将于春天从南加州飞往法属圭亚那,并计划在2021年3月用阿丽亚娜火箭发射。

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折叠起来的詹姆斯韦伯太空望远镜

欧洲宇航局阿丽亚娜5号火箭从阿丽亚娜空间的ELA-3发射台发射,位于法属圭亚那的库鲁附近,从赤道附近发射火箭将给予火箭额外的推力,因为地球在赤道的自转是在1670公里/小时。在这之前,詹姆斯韦伯太空望远镜必须得折叠起来才行,如果不折叠,整流罩塞不下……

哈勃告诉我们宇宙是什么样的,詹姆斯韦伯将告诉我们宇宙是怎么变成这样的,这是人类认识,了解宇宙一个了不起的进步,这是一项令人难以置信的工程壮举,詹姆斯韦伯太空望远镜和哈勃太空望远镜将永载人类宇宙学史册,就让我们一起期待吧。

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