解读韦伯望远镜第一批杰作（韦伯望远镜首次太空）

编辑：好困 David 时光

【新智元导读】情人节之际，韦伯送来了一枝18星「黑玫瑰」——1张由18个镜面拍摄的同一颗恒星。

2月11日，价值百亿美元「鸽王」詹姆斯·韦伯太空望远镜，传回了TA拍摄的第一张照片！

不好意思，放错了，刚刚这张是韦伯的「自拍」。

接下来这张糊如马赛克的图，就是韦伯的「第一张照片」了。

别看这张「十八星图」平平无奇，其实这看似毫不相关的18个光点都来自于同一颗恒星——HD 84406。

不过由于还没有进行调整，韦伯望远镜蜂窝状的18面主镜现在正处在「各自为政」的状态。

于是，18个独立的望远镜也就生成了18张恒星的照片。

当然了，这张「十八星图」仅仅是韦伯望远镜进一步对准和聚焦的开始。

情人节的工具人——HD 84406

HD 84406位于大熊座，在拉丁语中意为「大熊」。「北斗七星」实际上是大熊星座的一部分，确切的说是「熊尾巴」。

这颗恒星的视星等约为6.9，肉眼无法看到。要看到星星，需要配备高倍双筒望远镜。

恒星84406位于北斗七星附近的大熊星座，距离地球约260光年

在本次校准的准备阶段，NASA在推特上发文，就透露了将选择该星作为成像的目标星。

在校准过程中，从每个主镜收集的光被反射回韦伯的次镜，然后使用望远镜的关键成像仪器之一近红外相机NIRCam进行测量。

该传感器将在望远镜的整个校准过程中使用，以确定和纠正任何光学误差。

完成这个任务主要挑战有两个：

1. 确认NIRCam已准备好收集来自天体的光
2. 让18个主镜中的每一个都能识别来自同一颗恒星的光

显然，收集用于生成图像的「马赛克」并不简单，整个过程持续了近25个小时。

韦伯望远镜从2月2日便已经开始了这张图像的捕获。

在经过了156个不同指向位置的调整，并使用NIRCam的10个探测器生成了1560张图像之后，韦伯望远镜总计生成了54GB的原始数据。

每张图像都按照捕获的顺序进行标记

在这个过程中，前6小时的16次曝光中就确定了每个镜像段中定位目标恒星。

随后是将这些图像拼接在一起，生成一张20亿像素的超大图像。

而我们看到的这张图只是那张超大图中心的一小部分。

在接下来的一个月左右的时间里，NASA团队将逐步调整镜片的位置，直到18幅图像全部汇聚成为一颗清晰的恒星。

有趣的是，韦伯望远镜在其服役后期将无法再次观测到HD 84406。

因为望远镜在调整完毕之后，这颗恒星就会变得过于明亮。

不得不说，对韦伯望远镜的校准和调试是一个大工程，预计耗时三个月。

NASA将整个调试和对准过程分为七个阶段，本次产生「十八星图」只是完成了其中的第一阶段。

据NASA介绍，这七个调试阶段分别是：

1. 分段图像识别
2. 段对齐
3. 图像堆叠
4. 粗定相
5. 精细相位
6. 仪器视场上的望远镜对准
7. 迭代对齐以进行最终校正

「鸽王」开工大吉

2021年12月25日，历时25年研发，100亿美金打造的詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）终于升空！

它将成为人类的「第二只眼」，不仅为了仰望星空，更是为了探究神秘宇宙与人类文明的本质连接。

新一代太空望远镜得名于美国宇航局第二任局长詹姆斯·韦伯（James Webb），以纪念他对阿波罗登月计划做出的重要贡献。

詹姆斯·韦伯太空望远镜其实早在1989年便开始了筹划，正式的工作开展是在1996年。

虽说研发25年，但从最初构想到发射历经30余年，因此韦伯望远镜被许多人戏称为「鸽王」。

韦伯是史上第一款超级红外线太空望远镜，也是目前发射最大的太空望远镜。其口径达到了6.5米，并由18块六边形镀金晶片拼接而成。

理论上，韦伯太空望远镜的太空观测能力是哈勃空间望远镜的100倍。能看到波长范围在600-28500nm的光线（可见光——中红外光）。

1月8日，主镜展开，部署工作全部完成。

韦伯望远镜在结构上已经完全展开，副镜三脚架和两个主镜翼都已就位。

1月24日，抵达第二拉格朗日点L2。

经过297秒的调整，韦伯完成了的最后一次轨道修正。

由此，韦伯也进入了其围绕第二个太阳-地球拉格朗日点的最终轨道，即L2，距离地球近100万英里。

2月2日，为期三个月的对准过程开始。

韦伯的主镜由18个独立的镜段组成，需要作为一个单一的高精度光学表面一起工作。

为此，各个镜子之间需要相互匹配相同波长的一小部分光——大约50纳米。

2月10日，「冷面」仍在继续冷却中。

预计主镜将冷却到50开尔文以下（约-223摄氏度），而近红外仪器将达到约40开尔文（约-233摄氏度）。

这朵宇宙玫瑰，只送给你！

1990年4月，哈勃望远镜在肯尼迪航天中心成功发射，执行观察太空任务30余年，不负使命地展现了「最美宇宙」。

那么，对比哈勃，韦伯有哪些关键进步呢？

科学家与工程师们在吸取哈勃经验的基础上，现在，他们「站在巨人的肩膀上」，对韦伯太空望远镜的要求更高、期待更大。

揭示更深处的宇宙奥秘

时间回到2011年4月20日，在哈勃望远镜21岁生日之际，它拍下了一张来自3亿光年以外的Arp-273「玫瑰星系」，美轮美奂！

一个巨大的星系相互缠绕，成螺旋状，构成了美丽的「玫瑰花瓣」；另一个相对较小的星系则侧身，构成了「玫瑰花枝」。它像宇宙中一朵盛开的巨型「玫瑰」，自带光芒，又位于仙女座，因此，科学家将其称之为「玫瑰星系」。

星系是宇宙的主角，是整个宇宙最主要的组成部分，正是因为星系的存在，才使得生命和色彩有了存在的可能。由于宇宙演化的各异性，星系的形状也并不统一，有螺旋星系、椭圆星系和其它不规则星系。

「玫瑰星系」是哈勃望远镜的宽视场照相机3号拍摄的，使用了3个滤色镜，于2010年12月17日拍下。

2011年4月24日刚好是哈勃望远镜的21岁生日，NASA用这张照片为哈勃庆生。

十年后的2021年4月，NASA在Instagram上再次贴出了这张照片，「这朵宇宙玫瑰，只送给你！」

该帖子再次吸引了 NASA 的追随者，点赞超过18万。

有用户希望「可以将这朵闪闪发光的玫瑰永远留在身边」。

还有的用户留言将玫瑰送给了自己的爱侣，并表白说「我爱你」。

据介绍，这张照片中的星系 Arp 273 由两个螺旋星系组成 - 较大的一个称为 UGC 1810，另一个位于其下方的星系称为 UGC 1813，位于仙女座。

此次「接棒」老前辈的韦伯望远镜，究竟比哈勃强在哪里？

首先是观测光谱的范围。

哈勃望远镜是用来探测可见光和紫外光的。处于形成早期的星系确实会发出可见光，但由于观测距离太长，可见光的波长会因「红移」被拉伸到电磁光谱的红外部分，相当于红外光。

韦伯望远镜设计专注于从0.6到28微米光谱的红外部分，能够聚焦于红外明亮的物体，如极其遥远的星系。

从身材上看，韦伯望远镜也要比前辈哈勃要大得多。

哈勃望远镜长13.2米，最大直径为4.2米，孔径（能够接收光线的部分）为2.4米。

韦伯望远镜遮阳板约22米x12米，孔径为 6.5 米。

另外，韦伯望远镜更善于观测早期宇宙的形成。

早期恒星和星系形成之谜一直困扰着大家，韦伯望远镜将为早期宇宙观测提供最佳视角。当涉及到遥远的星系时，哈勃望远镜的长波观测能力不再凑效，导致探测结果不确定。

有科学家认为，韦伯望远镜可以解决这个问题，确切地说，可以看到宇宙大爆炸2.5亿年后的星系形成。

现在，韦伯望远镜可以探测到红外线光，这使得它可以窥视到以前从未被探索的领域，来自宇宙最遥远的星系、被尘埃包裹的新生恒星以及太阳系外行星等天文现象。

不仅如此，它还将发现来自宇宙深处的最微弱热信号，这就是为什么它要求在极低的温度下工作，韦伯的遮阳板正是达到这种低温的关键。

「在太空中打开韦伯的遮阳板是一个不可思议的里程碑，对整个任务的成功至关重要，韦伯望远镜的天文部署是历史性的成功。」韦伯项目主管Gregory L. Robinson（格雷戈里 L. 罗宾逊）说。

对比哈勃望远镜主要用来探测可见光和紫外光，韦伯望远镜则可以探测红外光，且探测精读大大提升，将达到2000x2000的光学像素。

这对于宇宙远距离成像十分重要，透过尘埃，直达恒星区域，韦伯望远镜可以精确计算星系年龄和化学成分，其长波观测能力还有望观察到早期宇宙的形成。

身处更合适的观测点L2

1月24日，韦伯太空望远镜抵达第二拉格朗日点。

「L2有一些独特的特性，使其成为执行天文任务的理想选择」 欧洲航天局(ESA)韦伯航天器运营经理David Milligan说。

一方面，太阳、地球和月球的联合引力起到了平衡作用，可以用最少的燃料保持航天器位置固定，也被称作「悬停」，它是一个特殊的空间重力稳定点。

另一方面，韦伯可在此不受阻碍地观看大部分天空，太阳、地球和月球均保持在同侧背后，打开遮阳板，韦伯可以在温度、光线恒定的环境下工作。

韦伯进入L2轨道，大约每隔6个月，绕L2点运行一圈。

此前的太空望远镜都是绕着地球运行，会导致地球的阴影窜入观察任务，观察视野受影响；加之，来自地球的热量辐射，温度忽冷忽热，使科学仪器运行不稳定。

韦伯望远镜将以前所未有的宇宙观给太空科学带来一场革命。

1990年，哈勃成为世界上第一个太空望远镜，它给我们送来了3亿光年的「玫瑰星系」，极大地打开了人类文明的视野。

32年过去，韦伯是人类史上迄今最大的太空望远镜，它刚一「睁眼」，就以一支惊艳的「黑色玫瑰」馈赠世人。

参考资料：

https://blogs.nasa.gov/webb/2022/02/11/photons-received-webb-sees-its-first-star-18-times/

https://www.youtube.com/watch?v=QlwatKpla8s

,