研發(fā)背景

從1996年開始，美國宇航局向全國招標(biāo)，尋找這個極端精密的新式空間望遠(yuǎn)鏡計劃。競標(biāo)的四個機構(gòu)分別是：美國宇航局/戈達德宇航中心、美國TRW公司、著名的洛克西德-馬丁公司和美國鮑爾航空宇宙公司。最后，TRW公司經(jīng)過嚴(yán)格篩選終于奪帥。

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡作為美國宇航局史上最復(fù)雜的項目之一，其風(fēng)險是巨大的，和“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”不一樣的是，“詹姆斯-韋布”因為距離地球太遙遠(yuǎn)無法派宇航員進行維修保養(yǎng)，所以它的設(shè)計制造必須完美無缺，否則將功虧一簣！未來的系統(tǒng)集成測試中還可能發(fā)現(xiàn)未知問題，一旦測試遇到困難，就會導(dǎo)致發(fā)射被推遲。如果韋布望遠(yuǎn)鏡能夠順利進入軌道服役，可展示其強大的觀測能力。

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡項目啟動于1996年，起初稱為“下一代空間望遠(yuǎn)鏡（Next Generation Space Telescope，NGST）”，2002年改為現(xiàn)名，以紀(jì)念美國國家航天局的第二任局長詹姆斯·韋布（James Webb）在阿波羅計劃中發(fā)揮的關(guān)鍵性領(lǐng)導(dǎo)作用。

“詹姆斯·韋布”這個名字是取自美國宇航局第二任局長詹姆斯·韋布——在韋布擔(dān)任美國宇航局(NASA)領(lǐng)導(dǎo)人時美國的航天事業(yè)掀開了新的篇章，其中包括探測月球和“阿波羅”登月計劃等。因此，“詹姆斯-韋布”一誕生，便寄托著人們的厚望。同“哈勃”相比，“詹姆斯-韋布”更大、更精密，能勘測到更遠(yuǎn)的太空！它口徑是“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”的三倍，但質(zhì)量只有哈勃的一半左右。它是一架沒有鏡筒的望遠(yuǎn)鏡。

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡是美國宇航局、歐洲航天局和加拿大航天局的一個聯(lián)合項目，也是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的繼任者，將成為下一代空間天文臺。它將是有史以來建造的最強大的太空望遠(yuǎn)鏡，將提供宇宙中形成的第一個星系的圖像，并探索遙遠(yuǎn)恒星周圍的行星。

發(fā)射推遲

按原計劃，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡本應(yīng)在2007年發(fā)射，初始預(yù)算5億美元，但后因預(yù)算等問題不斷推遲。

1998年，預(yù)算擴充至10億美元，并將發(fā)射計劃推遲至2008年。

2000年，預(yù)算擴大至18億美元，發(fā)射推遲至2009年。

2002年，預(yù)算擴大至25億美元，發(fā)射推遲至2010年。

2003年，發(fā)射推遲至2011年。

2005年，預(yù)算擴大至30億美元，發(fā)射推遲至2013年。

2006年，預(yù)算擴大至45億美元，發(fā)射推遲至2014年。

2008年，預(yù)算擴大至51億美元。

2010年，預(yù)算擴大至65億美元，發(fā)射繼續(xù)推遲到2015年。

2011年，預(yù)算擴大至87億美元，發(fā)射推遲至2018年。

2013年，預(yù)算擴大至88億美元。

2017年，發(fā)射推遲至2019年。

2017年9月，美國航天局表示，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射窗口將從2018年的10月推遲至2019年的3月至6月之間。 聲明解釋說，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡及其遮光板的體積和復(fù)雜性超過多數(shù)探測器，比如僅遮光板釋放設(shè)備就要安裝100多個，振動測試也要用更長時間，所以推遲到2019年春季從法屬圭亞那庫魯航天中心用歐洲的阿麗亞娜5型火箭發(fā)射升空。

2018年，發(fā)射推遲至2020年。

2018年3月28日，美國航空航天局再次宣布韋布在2020年之前不會發(fā)射升空。5月6日，受一系列技術(shù)問題的困擾，JWST的最新發(fā)射日期已經(jīng)被推遲到2020年。6月29日，據(jù)國外媒體報道，哈勃望遠(yuǎn)鏡的“接任者”詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡將推遲至最早2021年3月30日發(fā)射。

2019年，因新冠疫情，發(fā)射推遲至2021年，預(yù)算追加到97億美元。

2021年10月12日，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡成功抵達位于南美洲的法屬圭亞那，原定于12月18日在歐洲航天局阿麗亞娜5號火箭上發(fā)射升空。11月22日，NASA再次宣布詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射時間從12月18日推遲到了22日。12月，NASA的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射再次被推遲。最新的計劃是在2021年12月24日從法屬圭亞那升空，比原計劃晚了兩天。根據(jù)韋布團隊的聲明，天文臺和運載火箭系統(tǒng)之間仍然存在通信問題，這是導(dǎo)致此次發(fā)射推遲的主要原因。在此之前最近的一次延期是在三周前宣布的，當(dāng)時NASA報告了運載火箭適配器存在夾緊問題。截至12月18日，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡最新完成封裝工作，只待正式發(fā)射窗口。根據(jù)NASA、ESA最新消息，現(xiàn)已瞄準(zhǔn)美東時間12月24日7:20（北京時間12月24日20:20）平安夜發(fā)射升空。按計劃12月21日將轉(zhuǎn)運至發(fā)射場。詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡到達觀測位置后，研究人員需再花費5個月對它開展各項檢查，預(yù)計望遠(yuǎn)鏡2022年6月底前可正式“上崗”。

美國國家航空航天局和阿麗亞娜空間公司于12月21日成功完成了詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射準(zhǔn)備審查。該團隊授權(quán)阿麗亞娜5號火箭攜帶詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡，并開始執(zhí)行發(fā)射任務(wù)，但因天氣原因，執(zhí)行中止。當(dāng)?shù)貢r間2021年12月22日，美國國家航空航天局稱由于法屬圭亞那歐洲太空港的惡劣天氣條件，原定于12月24日發(fā)射詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的VA256航班被推遲，新的發(fā)射日期為12月25日。詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡從1996年開始研發(fā)至2021年12月25日發(fā)射前（25年），因各種原因一直未能升空，被人們稱為“鴿王”。

美國東部時間2022年1月8日上午10時15分左右，美國國家航空航天局任務(wù)管理人員發(fā)出了展開望遠(yuǎn)鏡的命令。10時30分左右，太空望遠(yuǎn)鏡面板被展開。目前，工作人員正在將望遠(yuǎn)鏡面板固定，預(yù)計該程序?qū)⒃诿罇|時間13時30分（北京時間1月9日凌晨2時30分）左右結(jié)束。在該程序完成后，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡將正式在太空完成部署。北京時間1月9日零點前后，迄今為止人類建造的最貴、最強大的紅外波段太空望遠(yuǎn)鏡：詹姆斯?韋布太空望遠(yuǎn)鏡，成功完成了主反射鏡最后一部分的展開，并完成鎖定。接下來，詹姆斯?韋布太空望遠(yuǎn)鏡將繼續(xù)飛往周期約 6 個月的拉格朗日 L2 點暈輪 (Halo) 工作軌道；然后，需要進行為期約 5 個月的鏡面調(diào)校、儀器調(diào)試等多項測試工作，最終才可以拍攝第一張畫面。2月，美國宇航局發(fā)布了詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的第一張照片，這些照片被用來校準(zhǔn)耗資100億美元的天文臺。

詹姆斯-韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的18個鏡面接近完成

在馬歇爾航天飛行中心，接受低溫測試

這些鏡面讓工作人員顯得很小

詹姆斯-韋伯

發(fā)射安排

官方表示，在12月25日當(dāng)天，目標(biāo)發(fā)射的時間將盡量早于以下幾個時間段：上午7點20分至52分之間（華盛頓時間）；上午9點20分至52分之間（庫魯時間）；晚上12點20分至52分之間（世界標(biāo)準(zhǔn)時間）；晚上1點20分至52分之間（巴黎時間）；晚上9點20分至52分之間（東京時間）。

法國當(dāng)?shù)貢r間2021年12月25日13時15分（北京時間25日20時15分），美國宇航局的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡在法屬圭亞那庫魯基地成功發(fā)射升空。這次發(fā)射使用了阿麗亞娜5號火箭，目前火箭已經(jīng)進入最終軌道。如果一切順利，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡將在一個月之內(nèi)進入太陽軌道，大約離地球100萬公里。

美國航天局（NASA）當(dāng)?shù)貢r間2022年1月24日表示，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)抵達它的目的地——距離地球100萬英里的“太空停車場”。

儀器校準(zhǔn)

2022年1月4日，美國詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的巨幅遮陽板展開，為將來望遠(yuǎn)鏡開展觀測提供必要保障。

2022年1月30日消息，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)順利抵達預(yù)定軌道，開始正常工作。詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的遮陽板、主反射鏡均已經(jīng)打開；正在進行為期 3 個月的鏡片校準(zhǔn)工作，包括主反射鏡在內(nèi)的多個鏡片。

2022年4月3日，美國國家航空航天局的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的反射鏡與科學(xué)儀器對準(zhǔn)的第六個階段已經(jīng)結(jié)束，以便它們能夠創(chuàng)造出最精確和最集中的圖像。詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡完成首次多儀器校準(zhǔn)：在中紅外儀器（MIRI）繼續(xù)冷卻的同時，成功地將天文臺的其他機載儀器與韋布的分鏡對齊。

2022年5月2日，IT之家消息，NASA 的詹姆斯?韋布空間望遠(yuǎn)鏡已于4月28日完成了校準(zhǔn)，經(jīng)過全面的審查后，韋布空間望遠(yuǎn)鏡的四臺科學(xué)儀器能夠拍攝到銳利、聚焦良好的圖像。

鏡面系統(tǒng)

主鏡

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的鏡面系統(tǒng)包括主鏡、次鏡和三鏡。雖然尺寸相對較小的次鏡和三鏡也都很有特色，但昂貴的主鏡卻是結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的，由許多個子鏡拼接而成的。

鏡面系統(tǒng)和精密偏轉(zhuǎn)鏡（FSM）是由鮑爾航空航天技術(shù)公司研制的，該公司是諾·格公司“光學(xué)技術(shù)和輕質(zhì)鏡面系統(tǒng)”的主承包商。“韋布”的主鏡直徑高達6.5米，在天基望遠(yuǎn)鏡中絕對算得上是巨大的。

主鏡的直徑的比發(fā)射它用的火箭更大。主鏡被分割成18塊六角形的鏡片，發(fā)射后這些鏡片會在高精度的微型馬達和波面?zhèn)鞲衅鞯目刂葡抡归_。但是，此法不會跟凱克望遠(yuǎn)鏡一樣，不必像地面望遠(yuǎn)鏡那樣必需根據(jù)重力負(fù)荷和風(fēng)力的影響而要按主動光學(xué)來時常持續(xù)調(diào)整鏡段，故詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡除了初期配置之外將不會有太多改變。

主鏡的鏡面作為全體也形成六角形，聚光部和鏡面都露在外面，容易讓人聯(lián)想到射電望遠(yuǎn)鏡的天線。另外，它的主體也不呈筒狀，而是在主鏡下展開座席狀的遮光板。

鈹鏡襯底

鈹鏡襯底使所有子鏡可拼接成傳統(tǒng)意義上的一面鏡子。襯底厚度約為5cm，“前”反射面被高度拋光，“后”面被精密加工成比實心結(jié)構(gòu)更輕的“蛋架型”結(jié)構(gòu)。

反射面的表面粗糙度小于20nm，鍍上的一層純金薄膜也是為了提高其反射紅外光線的能力。選擇鈹材料是因其極高的剛性和輕質(zhì)特性，在“韋布”極寒的運行溫度下不易發(fā)生形變。

鈹傳力部件

鈹襯底的另一面被安裝在三角形、蛋架型的鈹傳力部件上。每個傳力部件長約60cm、寬30cm，可用于分擔(dān)來自底層結(jié)構(gòu)的負(fù)載，來減少鏡面失真。

鈹三角構(gòu)架

鈹三角構(gòu)架（BDF）是18塊子鏡的主要中間結(jié)構(gòu)，三角形的構(gòu)架寬約76.2cm，連接在作動器與反射鏡、襯底或傳力部件之間。

作動器

作動器是由精密馬達和齒輪構(gòu)成的精細(xì)結(jié)構(gòu)，用于移動和調(diào)整反射鏡表面形狀。作動器可使18塊子鏡精確排布，像一面整鏡一樣對宇宙中的某一物體進行會聚成像。

18塊子鏡各含6臺用于移動和轉(zhuǎn)動作動器，全部子鏡可利用作動器排布成一面巨大的整鏡。另外，每塊子鏡都搭載一臺特殊的作動器，一邊直接連接鏡背面中心，另一邊通過長、薄的鈹結(jié)構(gòu)連接鏡邊緣。每臺作動器可使18塊子鏡擁有完全相同的“曲率中心”，確保它們的焦點重合。

這些鏡面作動器是“韋布”眾多新發(fā)明中的一個。它們能夠通過納米尺度的微小位移使鏡面具備最佳的光學(xué)性能。另外，這些作動器必須在只比絕對零度高幾十度的極端“制冷”溫度下運行。

當(dāng)“韋布”在太空展開并冷卻到運行溫度后，地面站的工程師們將向所有作動器發(fā)送指令來調(diào)整所有的鏡面，這一過程耗時兩個月。隨后，一旦“韋布”開始全面運行并進行科學(xué)觀測，每10到14天就要進行一次鏡面調(diào)校工作。借助這項新技術(shù)，“韋布”將成為首臺采用主動控制拼接主鏡的天基天文臺。

接口柔性部件

底板接口柔性部件（BIF）接口將主鏡連接到望遠(yuǎn)鏡底板上，該底板支撐主鏡全部的18塊子鏡。精密加工而成的柔性部件像精致的彈簧一樣，可承受從室溫到零下190度的溫度變化引起的熱脹冷縮。

除了這些連接到底板上的，每塊子鏡上的還有很多這種柔性部件。

支持裝置

觀測裝置

NIRCam 近紅外照相機

NIRSpec 近紅外攝譜儀

MIR 中紅外裝置

FGS 精細(xì)導(dǎo)星傳感器

遮陽裝置

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的遮陽裝置的SPF值達到100萬，能夠隔絕任何可疑的外部熱源，保證望遠(yuǎn)鏡能獲得冷靜的觀測環(huán)境。美國宇航局的工程師已經(jīng)展開了詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的巨型遮陽裝置的測試，進展順利。

巨型遮陽裝置面積非常大，接近一個網(wǎng)球場的大小，還有多層結(jié)構(gòu)，美國宇航局在位于加利福尼亞州諾斯羅普格魯門公司的潔凈室中進行了展開測試。巨型遮陽裝置不僅需要把太陽光擋在身后，還要有非常精確的定位裝置，望遠(yuǎn)鏡上的所有組件都會安裝在巨型遮陽裝置上，盡可能降低太陽光對觀測的影響。來自美國宇航局戈達德中心的研究人員威廉·奧克斯認(rèn)為，巨型遮陽裝置為五層結(jié)構(gòu)，像一把巨大的遮陽扇，可隔絕來自太陽的熱量傳遞。

承擔(dān)任務(wù)

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的主要的任務(wù)是調(diào)查作為大爆炸理論的殘余紅外線證據(jù)（宇宙微波背景輻射），即觀測今天可見宇宙的初期狀態(tài)。為達成此目的，它配備了高敏度紅外線傳感器、光譜器等。 為便于觀測，機體要能承受極限低溫，也要避開太陽和地球的光等等。為此，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡附帶了可折疊的遮光板，以屏蔽會成為干擾的光源。因其處于拉格朗日點，地球和太陽在望遠(yuǎn)鏡的視界總處于一樣的相對位置，不用頻繁的修正位置也能讓遮光板確實的發(fā)揮功效。

傳承哈勃空間望遠(yuǎn)鏡

2021年12月25日，萬眾期待的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）在“鴿”了全人類14年之后，終于奔向宇宙。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡家喻戶曉，因為是它是人類望向宇宙深處的第一道目光，向全人類展示了前所未有的宇宙圖景。正所謂“老將不死，薪火相傳”，NASA一直把詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡當(dāng)成哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的繼任者來培養(yǎng)，視之為人類有史以來最強大的空間望遠(yuǎn)鏡。

首批圖像

2022年2月12日消息，美國宇航局（NASA）當(dāng)?shù)貢r間周五公布了詹姆斯?詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡 (JWST) 拍攝的首批圖像，代表了該望遠(yuǎn)鏡 18 個主鏡部分校準(zhǔn)早期階段的能力。圖像中出現(xiàn)的 18 個光點都代表著同一顆被稱為 HD 84406 的恒星，由不同的主鏡看到。從每個主鏡部分收集的光被反射回 JWST 的次鏡，然后使用望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵成像設(shè)備近紅外相機 (NIRCam) 進行測量。

2022年3月16日舉行的新聞發(fā)布會上，JWST科學(xué)家、美國太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的Marshall Perrin表示，這是有史以來從太空拍攝的分辨率最高的紅外圖像。

圖像顯示了一顆名為2MASS J17554042 6551277的明亮恒星。如果校準(zhǔn)不夠精確，圖像中可能會有該恒星的多個副本。但這張圖像表明，現(xiàn)在所有鏡面一起工作，拍下了一個恒星的單一圖像，恒星周圍是遙遠(yuǎn)的星系。

當(dāng)?shù)貢r間7月8日，美國宇航局（NASA）公布了詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)拍攝到照片的首批天體名單，包括星系、星云和太陽系外巨行星。

2022年7月11日，美國總統(tǒng)拜登發(fā)布了韋伯太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到的第一張照片：星系團SMACS 0723。它包含了數(shù)千個星系，距離地球46億光年，是迄今為止拍攝到的宇宙最深的圖像。

當(dāng)?shù)貢r間2022年7月12日，美國國家航空航天局（NASA）舉辦新聞發(fā)布會，展示詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的第一張全彩色照片。隨后，陸續(xù)公布了首批彩色相片。

當(dāng)?shù)貢r間2022年7月12日，美國國家航空航天局（NASA）發(fā)布了韋伯空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的首批全套全彩宇宙深空圖像。

2022年8月2日，美國航空航天局和歐洲航天局表示，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡透過時間和大量塵埃，拍攝到車輪星系的新圖像，以前所未有的清晰度揭示了這個不斷旋轉(zhuǎn)的彩色圓環(huán)。車輪星系位于玉夫座星系，距地球約5億光年，是兩個星系發(fā)生壯觀的正面碰撞后形成的。

2022年8月，詹姆斯-韋伯最近捕捉到了一張車輪星系的圖像，這是由兩個星系大規(guī)模碰撞而成的另一個星系。這張捕捉到IC 1623和VV 114的最新圖像尤其引人注意--不僅兩個星系砸在一起的圖像看起來有火花，而且也沒有黑洞的證據(jù)。

太空事件

2022年5月23日至25日期間，一顆微流星體擊中了詹姆斯-韋布太空望遠(yuǎn)鏡的一個主鏡，但負(fù)責(zé)操作該望遠(yuǎn)鏡的美國宇航局團隊預(yù)計這次撞擊不會對該天文臺的數(shù)據(jù)產(chǎn)生重大影響。

2022年7月，詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡因太空微隕石撞擊，至少有一個鏡像部分遭受了無法完全彌補的損壞。

意義評價

“與其說韋布望遠(yuǎn)鏡是哈勃望遠(yuǎn)鏡的繼任者，不如說是相輔相成的合作者?！保ㄈA中科技大學(xué)天文學(xué)系副教授 張華年評）