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韦伯太空望远镜或许远超人类想象

发布时间:2019-09-13 18:51:41 编辑:笔名

摘要: 11月,随着美国航天局正式宣布韦伯太空望远镜建成,哈勃太空望远镜终于有了“接班人”,可以安心“退役”了。

11月,随着美国航天局正式宣布韦伯太空望远镜建成,哈勃太空望远镜终于有了“接班人”,可以安心“退役”了。

事实上,韦伯经历了漫长的等待期,苦苦煎熬,历经延时与超支。但最终,这项堪称人类天文与宇宙史上消耗最大且最昂贵的工程,即将于2018年发射至日地平衡第二拉格朗日点,正式开启其探测宇宙第一代天体诞生与演化的“世纪之旅”。

强大的红外探测能力

不同温度的天体,辐射不同,波段也不同。众多质量非常小的遥远恒星或气体云,拥有着极高的红移水平,其发射的紫外和可见光都已移至红外。

而对于可见光波段太空望远镜哈勃来说,红外能力的缺失,也成为其让位于韦伯的重要因素。

由于早期宇宙的辐射能量已从紫外移至红外波段,且行星的辐射相比其主星的辐射,在红外波段远强于光学波段,两个原因促使韦伯可以在人类理解宇宙起源以及搜寻系外行星生命迹象上做到无可匹敌。

“凭借强大的红外功能,韦伯可以在极低温度下发挥自身的探测优势。”据中科院国家天文台研究员詹虎介绍,与哈勃不同,韦伯不仅能在近红外波段工作,更可在零下220摄氏度的低温下作业,并在零下273摄氏度的环境中运行。而这样的低温对于红外观测非常有利,可以大幅减少红外探测器自身的暗电流和外界热辐射产生的背景噪声,提高探测极限。

“此外,韦伯远离了地球本身的热辐射,避免地表反射带来的影响,这也减少了更多的背景热噪声。”中科院紫金山天文台研究员郑宪忠对此补充道。

就和夜视仪一样,红外波段观测的一个难题是仪器本身的红外辐射比较强,强到甚至超过要观测的天体,这样的话,就无法观测到暗弱的天体了。

南京大学天文与空间科学学院教授陈鹏飞表示,之所以让仪器在零下220摄氏度下工作,仪器本身的红外辐射就可以比较弱,弱到不能盖过遥远星系的红外亮度。“这样我们就能轻松实现对第一代星系的观测了。”

而在北京大学科维理天文与天体物理研究所研究员江林华看来,哈勃光谱能力很弱,而韦伯则拥有强大的光谱能力,其高光谱分辨率也是其工作在极低温度下的原因。

“与此同时,由于韦伯的体积足够大,其也将躲避掉地球大气的干扰,提升观测能力。”中科院南京天文光学技术研究所研究员胡中文介绍。

主镜面集光区显威力

作为6倍于哈勃的主镜面集光区域,韦伯意味着拥有超强的集光能力,可以探测到非常暗弱的天体。

我们都知道,遥远天体发出的光传播到地球需要一定的时间,“看得更远”也就同时意味着我们能看到更早的宇宙。

“韦伯太空望远镜的一个重要科学目标是把探测宇宙的视野进一步推进数亿年,而我们知道第一代恒星、星系正是在这短短的数亿年间迅速形成的。”詹虎认为,韦伯将大大提升人类研究早期宇宙、恒星和系外行星的能力,预期将取得天文学界多个领域的重大突破。

而在胡中文看来,韦伯也是空间天文和光学红外技术突破以后水到渠成的必然结果。

作为拥有六边形主镜面的韦伯,相较于哈勃镜面面积增加了6倍,而这就意味着其接收光能量的功力也相应增加了6倍,而探测的极限分辨率就能因此提高2.4倍。

不仅如此,时间成本的缩短也是韦伯的“功绩”之一,在郑宪忠看来,同样的天体,哈勃需要6小时的观测时间,而韦伯只需要1小时。

“韦伯的意义将是里程碑式的。”胡中文表示,未来韦伯的出色能力将与地面大望远镜通力配合,形成强力互补。

史无前例的新契机

天文学是探索未知世界的科学,“看得更远、更清楚”自然成为了人类对天文望远镜的期许,只有这样我们才能对宇宙大小和结构有更深刻的认识。

毋庸置疑的是,韦伯具有的强大太空观测能力,不仅将带给我们极高分辨率的图像,由于其自身的中红外波段可以穿透宇宙尘埃,还将让我们看见被遮蔽天体内部的结构和宇宙尘埃背后的景象,这也为我们的众多研究方向带来了史无前例的新契机。

诚然,初于好奇心,今天寻找系外行星生命已成人类的重要课题之一

。通过自身的高灵敏光谱分析能力,韦伯还能通过探测行星表面的温度和大气中包含的众多元素,来确定系外行星生命的存在概率。

在詹虎眼中,特定的观测条件下,韦伯可以通过光谱观测分析系外行星的大气成分,搜寻生命存在的迹象,这样的工作对于天文学界来说无疑是非常有意义的。

“曾经,我们手上有个小望远镜,现在换了个大的。你没法预计它会发现什么,就像当年的哈勃一样。出乎意料的是,哈勃对人类认识宇宙的贡献远超过了最初人们的想象。”江林华说。

的确,天文观测的多样性和难度使其成为人类最新技术方法实验的“舞台”。 胡中文为此表示,事实上,在哈勃之后有很多非常成功的天文望远镜诞生,这与人类在望远镜观测原理与技术方法上的突破分不开。如果说韦伯专才专用,作为射电天文领域重要成员的FAST,在人类的射电天文领域也必将占有一席之地。

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