詹姆斯·韦伯太空望远镜已成功展开其网球场大小的遮阳罩的所有五层,这是望远镜进行科学观测的先决条件,也是其风险部署中最令人紧张的部分。
这个充满挑战的过程需要小心地张紧精巧的遮阳罩结构的五层薄如发丝的薄膜,今天(1月4日)取得了圆满成功。它的完成给参与该项目三十年开发的数千名工程师以及世界各地无数热切期待韦伯突破性观测的科学家带来了巨大的安慰。
“昨天,我们认为我们无法完成前三层,”詹姆斯·韦伯太空望远镜天文台的经理基思·帕里什在今天部署期间的NASA现场网络直播中说。“但是团队完美地执行了一切。我们昨天只计划做一层,但进展非常顺利。他们说,嘿,我们可以继续吗?我们几乎不得不稍微阻止他们一下。”
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今天,使用复杂的电缆和电机系统拉动钻石形遮阳罩的角部,实现了为遮阳罩的每五层确保适当的张力。
遮阳罩的钻石形层的精细收紧工作于周一(1月3日)开始。NASA最初预计每一层需要一天时间,但在第一天结束时,三层已成功张紧,最后两层在周二(1月4日)张紧。
第四层成功部署于美国东部时间上午10:23(格林威治标准时间1523)得到确认,当时望远镜在距离地球约546,000英里(879,000公里)的地方巡航。最后一层,第五层,于美国东部时间下午12:09(格林威治标准时间1709)张紧,控制团队为此欢呼雀跃。
“这是一个非常重要的时刻,我只想祝贺整个团队,”在确认第五层完成后,可以在网络直播中听到一位运营经理说。“我们还有很多工作要做,但遮阳罩的部署确实非常非常重要。”
这次遮阳罩部署在地球上进行了彻底的测试,但即使是最先进的测试实验室也无法完全模拟外太空中的失重和其他因素的影响。如果出现任何问题,整个任务(耗资100亿美元,耗时约三十年建造)都可能处于危险之中。
詹姆斯·韦伯太空望远镜旨在研究宇宙的红外波长,因此必须极其寒冷,其灵敏探测器才能按设计工作。
由于韦伯观测的是红外光或热,因此必须保持在极低的温度下,以防止韦伯自身的热量掩盖其观测结果。通过反射来自太阳的辐射和地球的热量,遮阳罩使韦伯保持完美低温。
最终目标是探测来自最遥远的恒星和星系(即在大爆炸后的最初数亿年中照亮黑暗宇宙的那些星系)的极其微弱的光,韦伯的探测器需要极其灵敏。来自望远镜的任何热量都会使这些探测器眼花缭乱,并使微弱的珍贵信号黯然失色。
“我们每层下降约100华氏度(55摄氏度),”帕里什说。“在热侧和我在天文台最冷的温度(仪器探测器)之间,我们得到了大约600华氏度(330摄氏度)的温差,仪器探测器在零下400华氏度(零下235摄氏度)左右运行,”他补充道。
克服一切障碍
这项具有挑战性的操作是在地球上的人们与最近发现的奥密克戎变体带来的新一波 COVID-19 病毒作斗争时进行的,这迫使许多团队成员进入隔离状态。
“挑战之一是那些为此工作了很长时间的人,我们不得不隔离他们,”帕里什说。“幸运的是,在这个时代,我们可以将他们连接到我们的操作回路中,他们可以从任何地方远程帮助我们。”
詹姆斯·韦伯太空望远镜正前往所谓的地球-太阳拉格朗日点 2 (L2),距离地球约 930,000 英里(150 万公里)。L2 是太阳和地球之间五个点之一,在这五个点上,两个天体的引力相互作用使物体相对于这两个天体保持稳定位置。因此,詹姆斯·韦伯太空望远镜将绕太阳运行,永久与地球对齐,躲避恒星的炙热光线。
随着遮阳罩现在完全展开和张紧,操作团队将继续进行望远镜二级反射镜的部署。
帕里什说:“从今天晚上开始,我们将启动一些加热器,开始加热实际部署二级反射镜系统的电机。”“我们将加热它,然后继续进行下一步。”
韦伯将在 1 月底到达 L2。一旦望远镜到达,它将完全展开,包括其 21 英尺 4 英寸宽(6.5 米)的主镜,由于其尺寸过大,主镜也必须折叠起来才能发射。
主镜的 18 个镀金六边形镜片将需要 100 天才能冷却到其工作温度。只有在那之后,它们才会被仔细对齐,以便它们之间的接缝完全平滑,从而使天文学家能够拍摄最遥远宇宙的清晰图像。有史以来建造的最复杂、最昂贵的太空天文台的第一批图像预计将在 2022 年夏季发布。
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