美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦伯太空望远镜刚刚抵达其最终目的地——位于太空中一个引力特殊的点附近，该点被称为第二个拉格朗日点，或 L2。这座耗资 100 亿美元的观测站可能会在那里停留 20 年或更长时间，在凝视深空时收集关于宇宙的前所未有的见解。
自 圣诞节发射 以来，有史以来最复杂的望远镜韦伯一直在向 L2 行进。1 月 24 日，它启动了一组推进器，并将自己推入围绕该点的轨道，它将大约每六个月绕该点运行一次。L2 位于地球背对太阳的一侧，距离地球约 150 万公里，约为地月距离的四倍。在那里，太阳和地球的综合引力与将韦伯向相反方向拉动的向心力相平衡。
只有少数太空任务前往过 L2，它是太阳-地球系统中五个拉格朗日点之一。但计划进行更多任务，因为这个位置特别适合像韦伯这样的灵敏天文观测站。“L2 有一些独特的特性，使其成为天文任务的理想之选，”德国达姆施塔特欧洲航天局（ESA）的航天器操作经理戴维·米利根说。
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这些优势包括能够不受阻碍地观察大部分天空。绕地球运行的望远镜，例如哈勃太空望远镜，在大部分时间里，其视野都会被地球遮挡很多。韦伯望远镜背对太阳，可以将太阳、地球和月球都挡在身后。“L2 非常好，因为它将最亮的天体——太阳、地球和月球——都放在航天器的同一侧，”美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心（位于马里兰州格林贝尔特）韦伯飞行动力学团队负责人工程师凯伦·里琼说。“您可以制造一个大型遮阳罩，并始终阻挡所有这三个天体。”
这正是韦伯所做的。从 L2 出发，其网球场大小的遮阳罩始终阻挡着太阳，而其 6.5 米宽的主镜则凝视着深空的黑暗。韦伯将研究许多天文物体，包括宇宙中最遥远的星系、太阳系外行星的大气层以及笼罩在尘埃中的恒星摇篮。
寒冷的接收
L2 的另一个巨大优势是它很冷。绕地球运行的任务在每个轨道上都会进出阳光照射，经历巨大的温度波动，导致设备膨胀和收缩。必须保持低温才能正常运行的科学仪器在 L2 表现更好，那里的温度更加稳定。韦伯的四个科学仪器在约 -233 °C（或绝对零度以上 40 度）的温度下运行，以探测来自恒星、星系和其他宇宙天体的微弱热光。
拉格朗日点以其发现者、数学家约瑟夫-路易斯·拉格朗日的名字命名，他在 1772 年发现这些位置是一个小天体可以与两个较大质量的天体协调运行的地点。这使得 L1 和 L2，即最靠近地球的拉格朗日点，成为太空探索的显而易见的选择。
印第安纳州西拉法叶普渡大学的航空航天工程师凯瑟琳·豪厄尔说：“从地球到这些位置存在自然的流动。”然而，“直到过去几十年，我们才真正知道这条路径的存在”。
第一个前往拉格朗日点的航天器是美国国家航空航天局的国际太阳地球探测器 3 号任务，该任务于 1978 年发射并前往 L1，即地球向阳一侧的点。豪厄尔说，该任务表明，有可能将航天器送入围绕拉格朗日点的轨道。1995 年，欧空局将太阳和太阳层观测站送入围绕 L1 的轨道；它和另外几个任务仍在从该点研究太阳和空间天气。
第一个在 L2 运行的任务是威尔金森微波各向异性探测器，这是一项美国国家航空航天局的任务，在 2001 年至 2010 年间研究了大爆炸的余辉。欧空局已向 L2 发送了多个航天器，包括现已失效的赫歇尔太空天文台，它像韦伯一样研究了红外天文学。目前在 L2 还有两个任务：欧空局的恒星测绘盖亚航天器和俄罗斯-德国天体物理天文台 Spektr-RG。米利根说，所有这三个都在不同的轨道上，因此没有撞击的危险。他还指出，“太空是巨大的”。
推力和燃烧
没有航天器精确地位于 L2 点，因为它的引力不稳定。“我们永远不会真正到达 L2——我们只是靠近它，”里琼说。韦伯沿着一个椭圆运行，其半长轴（航天器与 L2 之间的最大距离）在 25 万到 83.2 万公里之间。韦伯不会进入月球的阴影，从而使其太阳能电池板保持完全充电，并且其天线可以与地球持续通信。
为了保持在这个轨道上，韦伯大约每三周需要进行一次小调整，燃烧其推进器以使其保持围绕 L2 环绕。否则，该任务将漂移到行星际空间。如果一切顺利，韦伯的寿命将取决于它何时耗尽携带的燃料，以使其保持在 L2 周围的位置。
但美国国家航空航天局一直在研究使 L2 任务运行时间超过其计划寿命的方法。理论上，可以派遣一个机器人航天器访问韦伯，进行交会对接并补充燃料。豪厄尔还在设计服务航天器的轨道，以便从计划在月球附近的“门户”空间站往返 L2。未来计划前往 L2 的任务包括美国国家航空航天局的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜（计划于 2027 年发射）和欧空局的行星搜寻者柏拉图和阿里尔任务（分别计划于 2026 年和 2029 年发射）。
进入围绕 L2 的轨道标志着韦伯首个月复杂部署的结束，例如展开其遮阳罩。1 月 8 日，当 它通过了一个里程碑 时，它展开了其主镜的最后一片。从那时起，工程师们一直在调整构成镜面的 18 个六边形镜片的对齐。接下来是四个月的冷却和校准其四个科学仪器，然后它将在不早于六月开始进行科学观测。
韦伯是美国国家航空航天局、欧空局和加拿大航天局之间的合作项目。
本文经许可转载，并于 2022 年 1 月 24 日首次发表。