韋伯連續劇終於更新 期待第一季順利完結

　　地球天文學界的跳票大王詹姆斯·韋伯空間望遠鏡 (James Webb Space Telescope，縮寫為 JWST)自 1996 年以來斷斷續續不按劇本演出的連續劇終於讓焦慮的觀眾們又等到了一次更新：五層遮陽罩測試順利完成。

裝配完成的韋伯望遠鏡與好夥伴遮陽罩同框啦。Credit: NASA

　　嚴格的測試是任何空間任務順利成功的重中之重。遮陽罩，這個韋伯望遠鏡異常重要的親密夥伴，要是無法正常運轉的話，韋伯的這一季天文界連續劇說不準就要一直拖更了。

　　詹姆斯·韋伯空間望遠鏡是歷史上造出的最先進的空間望遠鏡。它不僅是一架紅外望遠鏡，還具有特別高的靈敏度。但想要達到辣么高的靈敏度來研究系外行星和遙遠的宇宙童年，韋伯童鞋必須非常"冷靜"，體溫升高的話，靈敏度會大大折損。這個時候，遮陽罩就要大顯身手啦。

　　遮陽罩在韋伯的設計中至關重要。韋伯望遠鏡會被發射到拉格朗日 L2 點，運行軌道很高，遠離太陽、地球與月球。太陽是韋伯的主要熱量干擾的來源，其次是地球與月球。遮陽罩會有效阻斷來自這三大熱源的能量並保護韋伯維持在工作溫度正常運轉。這個工作溫度指的是零下 220 攝氏度(-370 華氏度；50 開爾文)。

上圖中我們可以看出，韋伯望遠鏡的配置大致可分為兩部分：紅色較熱的一面溫度為 85 攝氏度，藍色較冷的一面溫度達到零下 233 攝氏度。紅色的這部分中，儀器包括太陽能板、通信設備、計算機、以及轉向裝置。藍色部分的主要裝置包括鏡面、探測器、濾光片等。Credit: STSci.

　　遮陽罩的那一部分和望遠鏡的鏡面這部分可以產生非常極端的溫差。遮陽的這面溫度可以達到 110 攝氏度，足以煮熟雞蛋，而背陰處的部分溫度極低，足以凍結氧氣。

　　工程師們剛剛完成了五層遮陽罩的測試，按照韋伯在 L2 時的運行狀態安裝了遮陽罩。L2 距離地球約 160 萬公里。NASA 表示這些測試使用了航天器的自帶系統來展開遮陽罩，測試目前都已成功完成。韋伯望遠鏡遮陽罩負責人 James Cooper 介紹說這是遮陽罩"第一次在望遠鏡系統的电子設備的控制下展開。儘管這個任務非常艱巨，難度高，但測試順利完成，遮陽罩展開時的狀態非常驚艷"。

　　遮陽罩由五層 Kapton 製成。Kapton 是一種聚酰亞胺薄膜材料， 耐高溫絕緣、化學穩定性較高。遮陽罩的每一層都有特殊的厚度並由一定的距離間隔。罩面擁有縫合線和其他措施來增強韋伯抵禦微流星體撞擊的能力，五層均配有鋁塗層，最靠近太陽的第一層和第二層還增配了"摻雜硅"塗層，可以將來自太陽的紫外線能量反射回宇宙空間。

上圖可見利用含有摻雜硅塗層反射來自太陽的能量，經過五層遮陽罩的保護，最後僅剩一點點熱量到達望遠鏡的另一面 Credit: STSci.

遮陽罩測試圖。請看遮陽罩上的縫合線，這些縫合線可以有效防止撕裂。Credit: Nexvolve.

　　儘管韋伯望遠鏡的航天器總線(spacecraft bus, 用來裝載通信、計算、動力單元、並連接望遠鏡不同部分的結構）與哈勃望遠鏡體積相仿，但韋伯的鏡面卻是哈勃的兩倍。由鈹做成的主鏡面擁有鍍金薄膜、直徑為 6.5 米、由 18 塊六角形鏡面組成。聚光面積高達 25 平方米(哈勃望遠鏡為 4.3 平方米)。事實上，韋伯望遠鏡的黃金鏡面已經成為了網紅，儘管升空一直跳票，但大家還是無法停止對它的愛呀。

韋伯的網紅黃金鏡空間藝術圖。Credit: NASA

　　鏡面需要足夠大才能完成觀測任務，比如接收那些來自遙遠天體的黯淡光線並且研究系外行星。同時，這樣的鏡面和相應的遮陽罩會大到無法被裝進火箭里發射升空。所以這兩件寶貝都需要摺疊並且在望遠鏡到位后陸續展開才能工作。光是想象一下就會覺得整個過程很複雜吧。不僅如此，目前進行的測試是在地球重力下完成的，而韋伯在空間中的展開實際上需要在沒有重力的環境中進行。

韋伯童鞋升空、分離以及展開時間線示意圖。空間位置為左上角的太陽、地球，直至右下角的 L2 點。發射成功至全展開大約需要 14 天左右。本文主角遮陽罩完全打開的時間大約在 5.5 天左右。Source:wikimedia

　　正因為整個過程異常複雜，工程人員們才會不停地反覆測試以保證韋伯在空間中可以正常運行。不同於在地球低軌道運行的哈勃望遠鏡，部件壞了，可以派遣宇航員去修修修呀。

　　韋伯望遠鏡是無法在空間中被宇航員維修的。它被送到太遠的地方，遠到只能孑然一身。我們只可能用航天器捕獲它來修復嚴重的運行錯誤卻無法更換零件。事實上，我們也只有一次機會來修復錯誤讓遮陽罩順利展開。

　　工程師和技術人員們現在需要非常小心地將遮陽罩摺疊起來並安裝在展開時的精確位置。除此之外，唯有更多的測試才能將錯誤幾率降低。

韋伯遮陽罩的每一層都有自己的形狀、面積以及不同的防撕裂模式來增加這些薄如髮絲的遮陽膜使用壽命。Credits: Northrop Grumman

　　測試還遠沒有結束。更多更複雜的电子和机械測試亟需完成，測試環境也需要模擬升空時的狀態。之後還需要經過一次完成的展開測試再進行最後的裝載。

　　韋伯的發射日期預計為 2021 年 3 月 30 日。（寫到這裏，我都捏一把汗，讀者們心情和我一樣吧，是該相信嗎？哈哈）從項目開始的 1996 年起，23 年過去了，當年中標的 TRW（天合）公司都被采埃孚收購了，韋伯這個複雜又昂貴的天文故事還在繼續，這不僅是 NASA 的故事，也是歐空局（European Space Agency）和加拿大航空航天局（Canada Space Agency）的堅持。

　　一旦韋伯望遠鏡成功進入 L2 點環繞軌道，或許就會讓心焦的粉絲們忘記跳票的這些年。那個時候，會是韋伯電視劇第一季的完結、第二季的開始。

　　身處寂地，在亘古黯淡中醒來。

　　注: 本文在原作基礎上改動完成

　　原文作者: Evan Gough

　　原文鏈接: https://www.universetoday.com/143804/james-webb-tests-its-sun-shield-so-far-so-good/

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