如释重负，因为风险同样巨大。美国东部时间上午 7:20，搭载着有史以来最大、最雄心勃勃的太空望远镜的火箭在法属圭亚那的发射台升空，巴尔的摩太空望远镜科学研究所的任务控制中心成员爆发出欢呼声。
悬念并未完全结束。发射后半小时，望远镜仍然需要与主机火箭分离，之后必须展开太阳能电池板，为它的旅程提供部分动力。美国宇航局发言人在给《大众科学》的一份声明中表示，只有在第一次部署被证明成功后，“我们才知道我们有一个任务。”
天文学家在火箭上寄托的不仅仅是詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST)。美国宇航局庞大的太空科学投资组合的生存能力也面临风险，如果不是天文学的未来本身的话。作为哈勃太空望远镜 (HST) 的继任者，JWST 是那些一代人一次的科学项目之一，这些项目可能会耗尽政府资助者的耐心，以及负责机构的信誉，但也将在未来几十年定义一个领域——甚至可能永远重新定义它。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们今天世界的发现和想法的影响深远的故事的未来。
美国宇航局局长比尔·纳尔逊在发射后的讲话中说：“今天是伟大的一天——不仅对美国和我们的欧洲和加拿大合作伙伴来说是伟大的一天，而且对地球来说也是伟大的一天……[JWST] 将带我们回到宇宙的最初。” “我们知道，巨大的回报伴随着巨大的风险。这就是这项事业的全部意义所在，这就是我们敢于探索的原因。詹姆斯·韦伯太空望远镜正是这种探索的一部分。”
当 JWST 与火箭的上级分离时，一段视频直播显示，现在独立的航天器在阳光下闪耀，捕捉到了观测站的最后一次特写镜头，之后它将开始探索宇宙黑暗面纱的征程，远离地球，变得遥不可及。“当我们看得更远、挖掘得更深或测量得更精确时，我们注定会发现一些奇妙的东西，”太空望远镜科学研究所所长肯·森巴赫说。“今天，我们与地面上的望远镜告别，我们睁开了眼睛看向宇宙。”
当 JWST 的太阳能电池板展开的那一刻，任务的控制权正式转移到巴尔的摩。太空望远镜科学研究所 JWST 任务办公室负责人马西莫·斯蒂亚韦利说，“容易的部分已经完成，现在艰难的部分开始了。” 然后他笑了。“这是有史以来最好的圣诞节。”
回到最初
甚至在 HST 于 1990 年 4 月发射之前，人们就已经开始讨论后来成为 JWST 的望远镜。通过绕地球轨道运行，HST 将拥有不受地球大气层特有的光学畸变影响的视线。因此，与任何地面望远镜相比，它都能够看得更远（并且，考虑到光速是有限的，可以追溯到更久远的时间）。
即便如此，HST 主要还是在可见光波长范围内进行观测——电磁频谱中人类肉眼可以探测到的极小一部分。下一代太空望远镜（即当时的未来 JWST）将以红外线观测宇宙，宇宙膨胀会将 130 多亿年前发出的可见光拉伸或红移到红外线范围内。
在今天的发射之前，大部分注意力都集中在 JWST 比 HST 更深入过去的能力上，HST 观测到的婴儿星系最早可追溯到大爆炸后约 4 亿年。然而，在宇宙历史的那个时刻，物质已经经历了数代演化——星系合并和撕裂，超新星向太空播撒了（地球上的智慧生物有一天会称之为）元素周期表的新元素。
然而，JWST 将能够追溯到大爆炸后 1 亿年的过去，那时大多数物质仅由原始元素组成，并且刚刚开始聚结成恒星和星系。从 JWST 诞生之初，主要目标就是一睹这些现象——宇宙中的第一个发光物体。
寻找生命的新探索
JWST 将探测的另一个主要科学前沿是受关注较少，但可能在我们对宇宙的理解中证明同样意义深远的前沿。这是一种额外的收获，是 1980 年代的远见卓识者几乎无法预见的研究课题：系外行星。
关于围绕太阳以外的恒星运行的行星的证据最早出现在 20 世纪 90 年代（这一发现为其一些发现者赢得了 2019 年诺贝尔物理学奖的一部分）。从那时起，天文学家发现了数千颗系外行星，未来几年肯定会有数万颗系外行星涌入他们的目录。然而，几乎所有这些发现都依赖于间接证据：行星凌日时恒星有规律的变亮和变暗，或者附近世界引力拉力引起的恒星轴线的摆动。
JWST 应该提供更直接的证据：对行星本身的观测，这是只有少数其他设备才能完成的壮举——尽管没有一个能像这架新型太空望远镜那样承诺提供清晰度。在可见光下，恒星的亮度压倒了任何附近的物体，但通过在红外线下观察，JWST 将降低对比度，从而使行星可以从背景恒星光芒中弹出，成为微小的光点。对比度的降低将进一步帮助观测者探测少数几个世界的行星大气层，寻找潜在的生物特征，例如氧气（地球上由光合植物产生），以及宜居性的示踪剂，例如水和二氧化碳。
简而言之：JWST 提供了一些机会，无论多么渺茫，来回答一个永恒的问题：我们是孤独的吗？
德克萨斯 A&M 大学天文学家、美国天文学会前副主席尼古拉斯·桑采夫预测说：“这将是重大发现的所在。” “宇宙中还有其他生命吗？如果是这样，那将是有史以来科学领域最重大的发现。”
濒死体验
但首先，JWST 必须，你知道，工作。
当 HST 于 1990 年发射时，JWST 项目的许多成员尚未出生。但接下来发生的事情笼罩着他们，就像困扰着美国宇航局的所有人一样。就像一些“过去的使命幽灵”一样，观测站早期的一个可怕事件拖着并摇晃着它的锁链，沿着太空望远镜科学研究所——HST 的运营总部，现在也是 JWST 的任务控制中心——原本原始的走廊延伸。来自 HST 的初始观测结果失焦，工程师很快意识到它的镜片抛光不当，导致了灾难性的宇宙近视和广泛的公众嘲笑。尽管太空行走的宇航员后来修复了镜片（花费了巨额资金），但这场惨败是“你只有一项工作”的典型例子，有可能使 HST 几乎毫无用处，并使美国宇航局容易受到近乎扼杀的国会监督。
在 JWST 的案例中，类似重大的挫折——技术、政治、社会——先于发射发生。最初的预算估计是一个模糊的 15 亿到 30 亿美元，其同样模糊的发射日期是，哦，我们假设是 2010 年。然而，到截止日期时，不仅成本上升到 50 亿美元，而且望远镜的大部分仍在图纸上。JWST 无数基础新技术的开发被证明比规划者想象的更难处理。仅仅一年后，预算就膨胀了 60%，达到 80 亿美元——此时国会介入，为 JWST 设定了成本上限：80 亿美元或破产。
国会敢于取消如此雄心勃勃的科学任务吗？是的，他们会——而且曾经这样做过。1993 年 10 月，比尔·克林顿总统签署了一项法案，终止了超导超级对撞机，这将是世界上最强大的粒子加速器。别管该项目已经花费了 20 亿美元（按 2021 年美元计算为 31.5 亿美元）。别管地下钻探已经清理了预计 51 英里隧道中的近 19 英里。别管粒子加速器承诺带来变革性的科学突破。国会认为该项目的预算失控。取消计划在美国粒子物理学界的心脏上开了一个洞，即使在三十年后，该领域仍未完全恢复。
到 2018 年，JWST 项目既在与国会上限调情，又将发射日期越推越远。正如政府问责办公室后来的一项调查所揭示的那样，幕后技术问题正在成倍增加：JWST 的主要承包商诺斯罗普·格鲁曼公司的工人们发现，不当溶剂的应用损坏了观测站的推进阀。一个接线错误摧毁了压力传感器。在振动测试期间，数十个螺栓从航天器上飞脱。
预算又增加了 8 亿美元，正式地
超过了国会上限。发射日期推迟到 2021 年。
甚至望远镜的名称也引起了争议。2002 年，时任美国宇航局局长肖恩·奥基夫宣布，下一代太空望远镜此后将被称为詹姆斯·韦伯太空望远镜。用著名科学家的名字替换望远镜和天文台的通用名称是惯例。然而，奥基夫违反了两项规范：他对荣誉人选的选择基本上是单方面决定的，而且这位荣誉人选不是科学家，而是一位行政管理人员同事——事实上，是奥基夫的前任之一。詹姆斯·E·韦伯曾在 1961 年至 1968 年的登月竞赛鼎盛时期担任美国宇航局局长。
然而，近年来，该任务的名称又增加了一层争议：韦伯的内心深处是谁。韦伯在 20 世纪 40 年代末和 50 年代初担任国务院二号人物，然后担任美国宇航局局长，这与历史学家现在所称的“薰衣草恐慌”——在这些和其他联邦机构中搜寻和清洗 LGBTQ 雇员——相吻合。近年来的调查发现了关于韦伯参与的具体证据很少，但官僚和偏执之间的联系足够紧密，以至于一些天文学家坚持仅将该项目称为“JWST”，而从不称为“韦伯”。
它会工作吗？
在 JWST 通往发射台的道路上，小小的延误一直在困扰着它。最近几周，发射日期一再推迟，首先是因为望远镜意外受到晃动（检查显示没有损坏），然后是因为连接望远镜与地面系统的通信电缆存在缺陷。就在上周二，法属圭亚那库鲁发射场的高风预报将发射时间从圣诞节前夜推迟到圣诞节。
在接下来的一个月里，JWST 仍将不得不执行近 350 次潜在的致命机动——或美国宇航局术语中的“单点故障”——同时为科学观测做准备。也许最棘手的是镜片的展开——或者更准确地说，是镜片：18 块六边形镀金板，呈蜂窝状排列。部分原因是为了使望远镜不会太重而无法发射，工程师们选择用相对轻质的元素铍来制造镜片。但镜片的重量并不是最困难的设计挑战。而是它们的尺寸。
当镜片呈现最终配置时，它们的总跨度将超过 21 英尺（相比之下，HST 的直径为 8 英尺），对于火箭的整流罩来说太宽了。因此，工程师们开发了一种巧妙的解决方案：将蜂窝状结构分成几部分，这些部分可以折叠起来，以便它们可以安装在地球上的火箭内部，然后在太空中像折纸一样展开。
如果一切顺利，发射后约 30 天，JWST 将到达其最终的停泊地（可以这么说）：天文学家称之为第二个拉格朗日点或 L2 的空间区域，这是 18 世纪意大利-法国数学家约瑟夫-路易斯·拉格朗日确定的太阳系中的五个位置之一，这些位置将在绕太阳运行的轨道上与地球保持同步。在拉格朗日点，地球和太阳之间的引力平衡起着稳定作用，从而使航天器能够节省燃料。（其他占据 L2 的天文项目包括威尔金森微波各向异性探测器以及赫歇尔和普朗克空间天文台。）
然而，就 JWST 而言，L2 还有一个进一步的优势：它位于地球背对太阳的一侧，这个位置不仅减少了光照，还减少了热量——这对于对红外波长敏感的仪器来说至关重要。即便如此，JWST 仍然需要热保护，以便它可以逐渐冷却——在几个月的时间里——降至其工作温度，仅比绝对零度高几十华氏度。在其航行的第一周，望远镜将展开一个网球场大小的五层遮阳板（SPF 一百万），以将其精密的 оптику 和仪器与所有潜在的热污染物隔离开来。在遮阳板的望远镜侧，温度将接近零下 400 华氏度。在另一侧，温度可能高达 200 华氏度或更高。
然而，尽管 L2 有诸多优势，但也存在一个明显的缺点：它离地球太远了——近一百万英里，是月球距离的四倍。HST 享有载人维修任务的好处——例如，修复其镜片中的缺陷。但 JWST 将无法使用该选项。如果有什么东西坏了，它就会一直坏下去。
但是，如果一切正常，JWST 将在今年夏天开始向地球传输科学数据（美国宇航局在该任务中的合作者，欧洲航天局和加拿大航天局将分别获得 15% 和 5% 的观测时间）。这些望远镜宝藏不仅包含对宇宙结构起源和系外行星大气层的新见解，还包含银河系恒星形成的秘密以及我们太阳系外行星的地质情况。
只有到那时，全球 JWST 社区的成员才能真正放松下来——并且，对于那些希望如此的人来说，可以在七月庆祝圣诞节。