【新智元導(dǎo)讀】情人節(jié)之際，韋伯送來(lái)了一枝18星「黑玫瑰」——1張由18個(gè)鏡面拍攝的同一顆恒星。

2月11日，價(jià)值百億美元「鴿王」詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，傳回了TA拍攝的第一張照片！

不好意思，放錯(cuò)了，剛剛這張是韋伯的「自拍」。

接下來(lái)這張糊如馬賽克的圖，就是韋伯的「第一張照片」了。

別看這張「十八星圖」平平無(wú)奇，其實(shí)這看似毫不相關(guān)的18個(gè)光點(diǎn)都來(lái)自于同一顆恒星——HD 84406。

不過(guò)由于還沒(méi)有進(jìn)行調(diào)整，韋伯望遠(yuǎn)鏡蜂窩狀的18面主鏡現(xiàn)在正處在「各自為政」的狀態(tài)。

于是，18個(gè)獨(dú)立的望遠(yuǎn)鏡也就生成了18張恒星的照片。

當(dāng)然了，這張「十八星圖」僅僅是韋伯望遠(yuǎn)鏡進(jìn)一步對(duì)準(zhǔn)和聚焦的開始。

?情人節(jié)的工具人——HD 84406?

?HD 84406位于大熊座，在拉丁語(yǔ)中意為「大熊」?！副倍菲咝恰箤?shí)際上是大熊星座的一部分，確切的說(shuō)是「熊尾巴」。

這顆恒星的視星等約為6.9，肉眼無(wú)法看到。要看到星星，需要配備高倍雙筒望遠(yuǎn)鏡。

恒星84406位于北斗七星附近的大熊星座，距離地球約260光年

在本次校準(zhǔn)的準(zhǔn)備階段，NASA在推特上發(fā)文，就透露了將選擇該星作為成像的目標(biāo)星。

在校準(zhǔn)過(guò)程中，從每個(gè)主鏡收集的光被反射回韋伯的次鏡，然后使用望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵成像儀器之一近紅外相機(jī)NIRCam進(jìn)行測(cè)量。

該傳感器將在望遠(yuǎn)鏡的整個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程中使用，以確定和糾正任何光學(xué)誤差。

完成這個(gè)任務(wù)主要挑戰(zhàn)有兩個(gè)：

確認(rèn)NIRCam已準(zhǔn)備好收集來(lái)自天體的光

讓18個(gè)主鏡中的每一個(gè)都能識(shí)別來(lái)自同一顆恒星的光

顯然，收集用于生成圖像的「馬賽克」并不簡(jiǎn)單，整個(gè)過(guò)程持續(xù)了近25個(gè)小時(shí)。

韋伯望遠(yuǎn)鏡從2月2日便已經(jīng)開始了這張圖像的捕獲。

在經(jīng)過(guò)了156個(gè)不同指向位置的調(diào)整，并使用NIRCam的10個(gè)探測(cè)器生成了1560張圖像之后，韋伯望遠(yuǎn)鏡總計(jì)生成了54GB的原始數(shù)據(jù)。

每張圖像都按照捕獲的順序進(jìn)行標(biāo)記

在這個(gè)過(guò)程中，前6小時(shí)的16次曝光中就確定了每個(gè)鏡像段中定位目標(biāo)恒星。

隨后是將這些圖像拼接在一起，生成一張20億像素的超大圖像。

而我們看到的這張圖只是那張超大圖中心的一小部分。

在接下來(lái)的一個(gè)月左右的時(shí)間里，NASA團(tuán)隊(duì)將逐步調(diào)整鏡片的位置，直到18幅圖像全部匯聚成為一顆清晰的恒星。

有趣的是，韋伯望遠(yuǎn)鏡在其服役后期將無(wú)法再次觀測(cè)到HD 84406。

因?yàn)橥h(yuǎn)鏡在調(diào)整完畢之后，這顆恒星就會(huì)變得過(guò)于明亮。

不得不說(shuō)，對(duì)韋伯望遠(yuǎn)鏡的校準(zhǔn)和調(diào)試是一個(gè)大工程，預(yù)計(jì)耗時(shí)三個(gè)月。

NASA將整個(gè)調(diào)試和對(duì)準(zhǔn)過(guò)程分為七個(gè)階段，本次產(chǎn)生「十八星圖」只是完成了其中的第一階段。

據(jù)NASA介紹，這七個(gè)調(diào)試階段分別是：

分段圖像識(shí)別

段對(duì)齊

圖像堆疊

粗定相

精細(xì)相位

儀器視場(chǎng)上的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)

迭代對(duì)齊以進(jìn)行最終校正

「鴿王」開工大吉

2021年12月25日，歷時(shí)25年研發(fā)，100億美金打造的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope）終于升空！

它將成為人類的「第二只眼」，不僅為了仰望星空，更是為了探究神秘宇宙與人類文明的本質(zhì)連接。

新一代太空望遠(yuǎn)鏡得名于美國(guó)宇航局第二任局長(zhǎng)詹姆斯·韋伯（James Webb），以紀(jì)念他對(duì)阿波羅登月計(jì)劃做出的重要貢獻(xiàn)。

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡其實(shí)早在1989年便開始了籌劃，正式的工作開展是在1996年。

雖說(shuō)研發(fā)25年，但從最初構(gòu)想到發(fā)射歷經(jīng)30余年，因此韋伯望遠(yuǎn)鏡被許多人戲稱為「鴿王」。

韋伯是史上第一款超級(jí)紅外線太空望遠(yuǎn)鏡，也是目前發(fā)射最大的太空望遠(yuǎn)鏡。其口徑達(dá)到了6.5米，并由18塊六邊形鍍金晶片拼接而成。

理論上，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的太空觀測(cè)能力是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的100倍。能看到波長(zhǎng)范圍在600-28500nm的光線（可見光——中紅外光）。

1月8日，主鏡展開，部署工作全部完成。

韋伯望遠(yuǎn)鏡在結(jié)構(gòu)上已經(jīng)完全展開，副鏡三腳架和兩個(gè)主鏡翼都已就位。

1月24日，抵達(dá)第二拉格朗日點(diǎn)L2。

經(jīng)過(guò)297秒的調(diào)整，韋伯完成了的最后一次軌道修正。

由此，韋伯也進(jìn)入了其圍繞第二個(gè)太陽(yáng)-地球拉格朗日點(diǎn)的最終軌道，即L2，距離地球近100萬(wàn)英里。

2月2日，為期三個(gè)月的對(duì)準(zhǔn)過(guò)程開始。

韋伯的主鏡由18個(gè)獨(dú)立的鏡段組成，需要作為一個(gè)單一的高精度光學(xué)表面一起工作。

為此，各個(gè)鏡子之間需要相互匹配相同波長(zhǎng)的一小部分光——大約50納米。

2月10日，「冷面」仍在繼續(xù)冷卻中。

預(yù)計(jì)主鏡將冷卻到50開爾文以下（約-223攝氏度），而近紅外儀器將達(dá)到約40開爾文（約-233攝氏度）。

這朵宇宙玫瑰，只送給你！

1990年4月，哈勃望遠(yuǎn)鏡在肯尼迪航天中心成功發(fā)射，執(zhí)行觀察太空任務(wù)30余年，不負(fù)使命地展現(xiàn)了「最美宇宙」。

那么，對(duì)比哈勃，韋伯有哪些關(guān)鍵進(jìn)步呢？

科學(xué)家與工程師們?cè)谖」?jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)在，他們「站在巨人的肩膀上」，對(duì)韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的要求更高、期待更大。

揭示更深處的宇宙奧秘

時(shí)間回到2011年4月20日，在哈勃望遠(yuǎn)鏡21歲生日之際，它拍下了一張來(lái)自3億光年以外的Arp-273「玫瑰星系」，美輪美奐！

一個(gè)巨大的星系相互纏繞，成螺旋狀，構(gòu)成了美麗的「玫瑰花瓣」；另一個(gè)相對(duì)較小的星系則側(cè)身，構(gòu)成了「玫瑰花枝」。它像宇宙中一朵盛開的巨型「玫瑰」，自帶光芒，又位于仙女座，因此，科學(xué)家將其稱之為「玫瑰星系」。

星系是宇宙的主角，是整個(gè)宇宙最主要的組成部分，正是因?yàn)樾窍档拇嬖?，才使得生命和色彩有了存在的可能。由于宇宙演化的各異性，星系的形狀也并不統(tǒng)一，有螺旋星系、橢圓星系和其它不規(guī)則星系。

「玫瑰星系」是哈勃望遠(yuǎn)鏡的寬視場(chǎng)照相機(jī)3號(hào)拍攝的，使用了3個(gè)濾色鏡，于2010年12月17日拍下。

2011年4月24日剛好是哈勃望遠(yuǎn)鏡的21歲生日，NASA用這張照片為哈勃慶生。

十年后的2021年4月，NASA在Instagram上再次貼出了這張照片，「這朵宇宙玫瑰，只送給你！」

該帖子再次吸引了 NASA 的追隨者，點(diǎn)贊超過(guò)18萬(wàn)。

有用戶希望「可以將這朵閃閃發(fā)光的玫瑰永遠(yuǎn)留在身邊」。

還有的用戶留言將玫瑰送給了自己的愛(ài)侶，并表白說(shuō)「我愛(ài)你」。

據(jù)介紹，這張照片中的星系 Arp 273 由兩個(gè)螺旋星系組成 - 較大的一個(gè)稱為 UGC 1810，另一個(gè)位于其下方的星系稱為 UGC 1813，位于仙女座。

此次「接棒」老前輩的韋伯望遠(yuǎn)鏡，究竟比哈勃強(qiáng)在哪里？

首先是觀測(cè)光譜的范圍。

哈勃望遠(yuǎn)鏡是用來(lái)探測(cè)可見光和紫外光的。處于形成早期的星系確實(shí)會(huì)發(fā)出可見光，但由于觀測(cè)距離太長(zhǎng)，可見光的波長(zhǎng)會(huì)因「紅移」被拉伸到電磁光譜的紅外部分，相當(dāng)于紅外光。

韋伯望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)專注于從0.6到28微米光譜的紅外部分，能夠聚焦于紅外明亮的物體，如極其遙遠(yuǎn)的星系。

從身材上看，韋伯望遠(yuǎn)鏡也要比前輩哈勃要大得多。

哈勃望遠(yuǎn)鏡長(zhǎng)13.2米，最大直徑為4.2米，孔徑（能夠接收光線的部分）為2.4米。

韋伯望遠(yuǎn)鏡遮陽(yáng)板約22米x12米，孔徑為 6.5 米。

另外，韋伯望遠(yuǎn)鏡更善于觀測(cè)早期宇宙的形成。

早期恒星和星系形成之謎一直困擾著大家，韋伯望遠(yuǎn)鏡將為早期宇宙觀測(cè)提供最佳視角。當(dāng)涉及到遙遠(yuǎn)的星系時(shí)，哈勃望遠(yuǎn)鏡的長(zhǎng)波觀測(cè)能力不再湊效，導(dǎo)致探測(cè)結(jié)果不確定。

有科學(xué)家認(rèn)為，韋伯望遠(yuǎn)鏡可以解決這個(gè)問(wèn)題，確切地說(shuō)，可以看到宇宙大爆炸2.5億年后的星系形成。

現(xiàn)在，韋伯望遠(yuǎn)鏡可以探測(cè)到紅外線光，這使得它可以窺視到以前從未被探索的領(lǐng)域，來(lái)自宇宙最遙遠(yuǎn)的星系、被塵埃包裹的新生恒星以及太陽(yáng)系外行星等天文現(xiàn)象。

不僅如此，它還將發(fā)現(xiàn)來(lái)自宇宙深處的最微弱熱信號(hào)，這就是為什么它要求在極低的溫度下工作，韋伯的遮陽(yáng)板正是達(dá)到這種低溫的關(guān)鍵。

「在太空中打開韋伯的遮陽(yáng)板是一個(gè)不可思議的里程碑，對(duì)整個(gè)任務(wù)的成功至關(guān)重要，韋伯望遠(yuǎn)鏡的天文部署是歷史性的成功?！鬼f伯項(xiàng)目主管Gregory L. Robinson（格雷戈里 L. 羅賓遜）說(shuō)。

對(duì)比哈勃望遠(yuǎn)鏡主要用來(lái)探測(cè)可見光和紫外光，韋伯望遠(yuǎn)鏡則可以探測(cè)紅外光，且探測(cè)精讀大大提升，將達(dá)到2000x2000的光學(xué)像素。

這對(duì)于宇宙遠(yuǎn)距離成像十分重要，透過(guò)塵埃，直達(dá)恒星區(qū)域，韋伯望遠(yuǎn)鏡可以精確計(jì)算星系年齡和化學(xué)成分，其長(zhǎng)波觀測(cè)能力還有望觀察到早期宇宙的形成。

身處更合適的觀測(cè)點(diǎn)L2

1月24日，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡抵達(dá)第二拉格朗日點(diǎn)。

「L2有一些獨(dú)特的特性，使其成為執(zhí)行天文任務(wù)的理想選擇」 歐洲航天局(ESA)韋伯航天器運(yùn)營(yíng)經(jīng)理David Milligan說(shuō)。

一方面，太陽(yáng)、地球和月球的聯(lián)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，也被稱作「懸?！?，它是一個(gè)特殊的空間重力穩(wěn)定點(diǎn)。

另一方面，韋伯可在此不受阻礙地觀看大部分天空，太陽(yáng)、地球和月球均保持在同側(cè)背后，打開遮陽(yáng)板，韋伯可以在溫度、光線恒定的環(huán)境下工作。

韋伯進(jìn)入L2軌道，大約每隔6個(gè)月，繞L2點(diǎn)運(yùn)行一圈。

此前的太空望遠(yuǎn)鏡都是繞著地球運(yùn)行，會(huì)導(dǎo)致地球的陰影竄入觀察任務(wù)，觀察視野受影響；加之，來(lái)自地球的熱量輻射，溫度忽冷忽熱，使科學(xué)儀器運(yùn)行不穩(wěn)定。

韋伯望遠(yuǎn)鏡將以前所未有的宇宙觀給太空科學(xué)帶來(lái)一場(chǎng)革命。

1990年，哈勃成為世界上第一個(gè)太空望遠(yuǎn)鏡，它給我們送來(lái)了3億光年的「玫瑰星系」，極大地打開了人類文明的視野。

32年過(guò)去，韋伯是人類史上迄今最大的太空望遠(yuǎn)鏡，它剛一「睜眼」，就以一支驚艷的「黑色玫瑰」饋贈(zèng)世人。

參考資料：

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

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

本文來(lái)自微信公眾號(hào)“新智元”（ID:AI_era），作者：新智元，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。