歷時25年耗資近百億，剛發射的韋伯太空望遠鏡到底有多厲害？

台北時間2022年1月2日20時，距離詹姆斯韋伯空間望遠鏡（簡稱韋伯望遠鏡）起飛已經過去整整7天。望遠鏡距離地球約 80.86 萬公里，已經按照計劃完成了遮光罩的展開動作。

作為人類探索宇宙的「新武器」，韋伯望遠鏡於台北時間2021年12月25日20時20分以「摺疊收納」方式升空，將飛至離地球150萬公里遠的拉格朗日L2點進行觀測，等到遮陽板和鏡片完全展開並且調試完畢後，韋伯望遠鏡將為人類進一步揭開廣袤宇宙的神秘面紗。

對於很多天文愛好者來說，韋伯望遠鏡是個耳熟能詳的名字，因為它於1996年就開始研發，前後多次推遲發射，前後耗時25年，造價高達100億美元，成為人類歷史上造價最高，耗時最長的太空望遠鏡。我們都知道哈勃太空望遠鏡已順利服役30多年，為何韋伯望遠鏡如何「費勁」？為何多次推遲發射？它去的L2點是什麼點？

Q：韋伯望遠鏡與我國的郭守望望遠鏡觀測內容有什麼不同？

A：韋伯望遠鏡觀測的是紅外波段，主要觀測目的是尋找135億年前宇宙大爆炸後誕生的第一批星系。研究各星系演化的各階段。而我國的郭守敬望遠鏡(LAMOST)設計用途是大視場（5°）多目標（同時4000）光譜巡天。這是2種不同用途的望遠鏡，設計用途和使用用途都不一樣。

Q：為什麼韋伯望遠鏡的發射計劃一拖再拖，這中間出了哪些「岔子」？

A：韋伯望遠鏡項目啟動於1996年，最初命名為「下一代望遠鏡」，2002年為了紀念在阿波羅登月計劃中做出突出貢獻的NASA第二任局長詹姆斯韋伯改為現名。按照一開始的計劃，韋伯望遠鏡項目的預算為5億美元，應該於2007年發射。後來因為預算追加的原因不斷推遲，到了2008年本應發射的節點上預算已經追加到了51億美元。到了2017年，為了做更多更精細的測試，預算飆升到了88億美元。2019年因為新冠疫情，發射又一次延遲，預算這時已經追加到了97億美元。直到2021年12月22日，預定的24日發射又因為天氣原因推遲到了25日。

Q：望遠鏡的表面光滑如鏡面，採用了鍍金工藝，為什麼要這樣做？

A：說望遠鏡的反射面「光滑如鏡」還不足以說明鏡片的光滑度。韋伯望遠鏡的主鏡直徑為6.5米，是由18片直徑為1.32米的六邊形子鏡片組合而成，每片子鏡片的表面粗糙度都要求在20nm之內。作為對比，哈勃太空望遠鏡是單一鏡片的結構，口徑則只有2.4米。為了增強紅外線的反射率，在反射面上鍍了大約100nm厚的黃金鍍膜。又因為黃金非常柔軟，在鍍膜上又沈積了薄薄的一層二氧化矽保護層。

Q：L2點是什麼，為什麼要去這個150萬公里遠的點？中間的信號怎麼傳輸？

A：L2點的全稱是「日地拉格朗日L2點」，拉格朗日點其實是三體問題的特解。通俗說來：我們都知道，三體問題沒有解析解。但如果在一個三體系統中的第三體的質量遠遠小於其他二體，那麼可以近似簡化為二體問題，而二體問題是有解的。5個拉格朗日點就是方程組的特解。在這5個位置，第三體處於其他二體的引力平衡位置，這個系統是穩定的。回歸到韋布望遠鏡的例子中，望遠鏡的質量只有6.2噸，在地球質量和太陽質量面前幾乎可以忽略不計。L2點處於太陽—地球的連線延長線上，這裡終年不見陽光，有利於望遠鏡保持低溫，因為探測器的工作溫度在50K(-223℃)左右。順帶一提，我國的嫦娥二號月球探測器，在執行完月球探測任務後，也前往過日地拉格朗日L2點進行科學探測，並持續在附近運行了5天。信號傳輸可以直接向地球傳送，這是沒有問題的，美國有深空通信網，在世界多個地區安裝有大型通信天線。

Q、韋伯空間望遠鏡的主要的任務是調查大爆炸理論的殘餘紅外線證據，紅外線波段可以讓觀測解析度更高嗎？

A：紅外線探測並沒有讓解析度提高。韋伯望遠鏡設計用途是探測宇宙大爆炸的餘輝和初期誕生的星系，這些星系距離我們非常遙遠，有明顯的「紅移「現象。他們發出的光已經從可見光波段紅移到了紅外光波段，所以韋伯望遠鏡主要觀測的就是紅外波段，也有少部分偏橙色和紅色的可見光波段。

Q、韋伯空間望遠鏡對人類觀測宇宙的意義是什麼？

A：人類突破了工程學上的難題，製作出更大，更輕，更複雜的太空望遠鏡。加強了國際間的科學合作，韋伯望遠鏡是美國NASA，歐洲航天局和加拿大航天局的聯合項目。是偉大的哈伯太空望遠鏡的繼任者，哈伯的成功毋庸置疑，它不單單是天文學的成功，也是社會學的成功，使普通的百姓也能獲得最前沿的科學知識。哈伯和韋伯共同承載了人類對宇宙的探知和渴望，代表了人類最遠的好奇心。

Q：韋伯望遠鏡部署成功還有一段時間，這中間萬一失敗，如何看待？

A：科學永遠不可能是一帆風順的，科學探索都有失敗的可能。假若韋伯在後續的任務中失敗了，也是正常現象。完全不必要悲觀。首先建造完成韋伯望遠鏡，在工程學上就已經是成功。其次通過分析失敗原因，可以總結經驗教訓，提升下次的任務成功率；還有失敗本身也是有價值的，可以知道「此路不通」；最後失敗總歸只是成功的階梯，人類只要保持積極向上的心態，保持好奇心，總歸奔向成功。