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为了找到「下一个地球」，NASA 准备花 110 亿美元打造哈勃望远镜 2.0( 二 )

NASA 哈勃望远镜 行星 天文学家


新型的望远镜在这时将会发挥出重要的作用 ， 通过系外行星反射的光线 ， 科学家可以计算出其大气层的化学成分 。 如果大气中有着氧气、甲烷和水等成分 ， 那么这颗行星就很可能可以孕育生命 。
「当我们看到宇宙中除了人类以外的第一个生命迹象 ， 看到遥远世界的生命痕迹 ， 人类在宇宙中的位置就会发生根本性的改变」John O’Meara 在采访中强调 。
另一方面他还补充道 ， 如果人类观察了 25 颗、50 颗甚至 100 颗系外行星却没有任何发现 ， 这也会在根本上改变对宇宙的看法 。
由于这个观测任务需要包括紫外线、可见光、红外线等多种光谱的协同分析 ， 建造一个新的大型望远镜就显得非常有必要 。 然而 ， 从过去的种种经验来看 ， 这个新太空探索计划大概率不会一帆风顺 。
修建第二个「哈勃」并非易事
▲ 康普顿伽玛射线望远镜
在 1990-2003 年之间 ， NASA 成功研制并发射了 4 颗大型空间望远镜 ， 分别是哈勃空间望远镜、康普顿伽玛射线望远镜（于 2000 年坠毁）、钱德拉 X 射线望远镜和斯皮策空间望远镜 ， 这又被称为大型轨道天文台计划 。
▲ 钱德拉 X 射线望远镜
大型轨道天文台计划将天文学研究推进了一个时代 ， 因为红外线、X 射线和伽马射线很难穿透地球的大气层 ， 因此只能通过位于太空的空间望远镜进行观察 ， 每台望远镜都为各自的领域做出了重要的贡献 。
1996 年 ， NASA 和欧洲航天局（ESA）以及加拿大航天局（CSA）开始合作开发下一代空间望远镜 ， 并以 NASA 第二任局长詹姆斯·韦伯的名字命名 ， 预算为 5 亿美元 ， 计划在 2007 年投入使用 。
然而 ， 詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）的建造难度之大远远超出了 NASA 的预料 ， 由于项目存在很多工程延误和成本超支 ， JWST 在 2005 年进行了重大的重新设计 ， 发射时间一拖再拖 ， 直到 2021 年 JWST 终于有可能发射 。
原定于 2021 年 10 月 31 日发射的 JWST 因为阿丽亚娜 5 号运载火箭的问题 ， 将发射日期推迟到了 2021 年 12 月 18 日 ， 如无意外 ， 1 个月后这个历时 24 年的重大项目将会迎来历史性的突破 。
JWST 常被外界视为是哈勃望远镜的继任者 ， 但两者的工作其实并不完全相同 。 JWST 的主要任务是观测大爆炸理论的残余红外线 ， 也就是观测宇宙初期的状态 ， 因此它的形态和工作环境都和哈勃望远镜有很大的不同 。
首先是高度 ， 相比于哈勃望远镜 600 公里的轨道高度 ， JWST 要远得多 ， 距离地球最近时（近拱点）也要 374000 公里 ， 最远时（远拱点）可达 1500000 万公里 。
这是因为 JWST 的镜片必须保持在低于 50K（?220 °C）的环境下工作 ， 为了维持低温 ， JWST 设计了 5 层能够抵挡约 300 °C 的遮光罩 ， 以遮挡太阳和地球反射的光线 。
从外观来看 ， JWST 几乎就由这巨大的镜片和遮光罩组成 ， 其主镜的直径达到 8 米 ， 镜面面积是哈勃望远镜的 5 倍以上 ， 而遮阳罩的面积则相当于一个网球场 。
要让如此庞大的结构在太空中准确和安全地释放、展开 ， 是一个巨大的难题 。 NASA 的工程师 Mike Menzel 在新闻发布会提到 ， JWST 的太阳盾展开将会是最为复杂的一次部署任务 ， 有超过 300 种失败的可能 。
据统计 ， JWST 预估最耗费高达 96.6 亿美金 ， 远超计划的预算 。 不少天文学家担心 ， 由于 JWST 长期拖延并且严重超预算 ， 新的望远镜建设可能很难得到再资金支持 。
但从另一个角度来看 ， 问题百出的 JWST 也留下了不少宝贵的开发经验 。
在 Astro2020 报告中就总结了不少了 JWST 的开发教训 ， 提出了 4 个更为细致的任务概念 ， 新望远镜的开发计划要比当初的 JWST 更为完善 。
如果计划开展顺利 ， 人类对于宇宙的认知将会再度迎来一次飞跃 。 宇宙是否存在外星生命？这个问题的答案很可能在这个世纪内揭晓 。

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