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(gè)極端精密的新式空間望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃。競標(biāo)的四個(gè)機(jī)構(gòu)分別是：美國宇航局/戈達(dá)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(xiàng)目之一，其風(fēng)險(xiǎn)是巨大的，和“哈勃太空望遠(yuǎn)鏡”不一樣的是，“詹姆斯-韋布”因?yàn)榫嚯x地球太遙遠(yuǎn)無法派宇航員進(jìn)行維修保養(yǎng)，所以它的設(shè)計(jì)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(huì)導(dǎo)致發(fā)射被推遲。如果韋布望遠(yuǎn)鏡能夠順利進(jìn)入軌道服役，可展示其強(qiáng)大的觀測能力。

詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目啟動(dòng)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(jì)劃中發(fā)揮的關(guān)鍵性領(lǐng)導(dǎo)作用。

“詹姆斯·韋布”這個(gè)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(shí)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(jì)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(gè)聯(lián)合項(xiàng)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(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡，將提供宇宙中形成的第一個(gè)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(jì)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(kuò)充至10億美元，并將發(fā)射計(jì)劃推遲至2008年。

2000年，預(yù)算擴(kuò)大至18億美元，發(fā)射推遲至2009年。

2002年，預(yù)算擴(kuò)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(kuò)大至30億美元，發(fā)射推遲至2013年。

2006年，預(yù)算擴(kuò)大至45億美元，發(fā)射推遲至2014年。

2008年，預(yù)算擴(kuò)大至51億美元。

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

2011年，預(yù)算擴(kuò)大至87億美元，發(fā)射推遲至2018年。

2013年，預(yù)算擴(kuò)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(gè)，振動(dòng)測試也要用更長時(shí)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(huì)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(bào)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(dá)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(shí)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(jì)劃是在2021年12月24日從法屬圭亞那升空，比原計(jì)劃晚了兩天。根據(jù)韋布團(tuán)隊(duì)的聲明，天文臺和運(yùn)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(shí)NASA報(bào)告了運(yùn)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(shí)間12月24日7:20（北京時(shí)間12月24日20:20）平安夜發(fā)射升空。按計(jì)劃12月21日將轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射場。詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡到達(dá)觀測位置后，研究人員需再花費(fèi)5個(gè)月對它開展各項(xiàng)檢查，預(yù)計(jì)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(tuán)隊(duì)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(shí)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(shí)間2022年1月8日上午10時(shí)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(shí)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(jì)該程序?qū)⒃诿罇|時(shí)間13時(shí)30分（北京時(shí)間1月9日凌晨2時(shí)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(shí)間1月9日零點(diǎn)前后，迄今為止人類建造的最貴、最強(qiáng)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(gè)月的拉格朗日 L2 點(diǎn)暈輪 (Halo) 工作軌道；然后，需要進(jìn)行為期約 5 個(gè)月的鏡面調(diào)校、儀器調(diào)試等多項(xiàng)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(gè)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(shí)間將盡量早于以下幾個(gè)時(shí)間段：上午7點(diǎn)20分至52分之間（華盛頓時(shí)間）；上午9點(diǎn)20分至52分之間（庫魯時(shí)間）；晚上12點(diǎn)20分至52分之間（世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間）；晚上1點(diǎn)20分至52分之間（巴黎時(shí)間）；晚上9點(diǎn)20分至52分之間（東京時(shí)間）。

法國當(dāng)?shù)貢r(shí)間2021年12月25日13時(shí)15分（北京時(shí)間25日20時(shí)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(jìn)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(gè)月之內(nèi)進(jìn)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(shí)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(dá)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(dá)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(jìn)行為期 3 個(gè)月的鏡片校準(zhǔn)工作，包括主反射鏡在內(nèi)的多個(gè)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(gè)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(shí)，成功地將天文臺的其他機(jī)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(gè)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?！绊f布”的主鏡直徑高達(dá)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(huì)在高精度的微型馬達(dá)和波面?zhèn)鞲衅鞯目刂葡抡归_。但是，此法不會(huì)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(dòng)光學(xué)來時(shí)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(huì)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(shí)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(yùn)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(gè)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(dòng)器與反射鏡、襯底或傳力部件之間。

作動(dòng)器

作動(dòng)器是由精密馬達(dá)和齒輪構(gòu)成的精細(xì)結(jié)構(gòu)，用于移動(dòng)和調(diào)整反射鏡表面形狀。作動(dòng)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(jìn)行會(huì)聚成像。

18塊子鏡各含6臺用于移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)作動(dòng)器，全部子鏡可利用作動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(diǎn)重合。

這些鏡面作動(dòng)器是“韋布”眾多新發(fā)明中的一個(gè)。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(dòng)器必須在只比絕對零度高幾十度的極端“制冷”溫度下運(yùn)行。

當(dāng)“韋布”在太空展開并冷卻到運(yùn)行溫度后，地面站的工程師們將向所有作動(dòng)器發(fā)送指令來調(diào)整所有的鏡面，這一過程耗時(shí)兩個(gè)月。隨后，一旦“韋布”開始全面運(yùn)行并進(jìn)行科學(xué)觀測，每10到14天就要進(jìn)行一次鏡面調(diào)校工作。借助這項(xiàng)新技術(shù)，“韋布”將成為首臺采用主動(dòng)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(jī)

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(dá)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(jìn)展順利。

巨型遮陽裝置面積非常大，接近一個(gè)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(jìn)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(huì)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(dá)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(dá)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(jī)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(huì)成為干擾的光源。因其處于拉格朗日點(diǎn)，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(shí)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?yàn)槭撬侨祟愅蛴钪嫔钐幍牡谝坏滥抗?，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(qiáng)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(shí)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(gè)主鏡部分校準(zhǔn)早期階段的能力。圖像中出現(xiàn)的 18 個(gè)光點(diǎn)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(gè)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(jī) (NIRCam) 進(jìn)行測量。

2022年3月16日舉行的新聞發(fā)布會(huì)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(huì)有該恒星的多個(gè)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(gè)恒星的單一圖像，恒星周圍是遙遠(yuǎn)的星系。

當(dāng)?shù)貢r(shí)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(tuán)SMACS 0723。它包含了數(shù)千個(gè)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(shí)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(huì)，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(shí)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(shí)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(gè)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(gè)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(gè)星系大規(guī)模碰撞而成的另一個(gè)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(gè)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(gè)主鏡，但負(fù)責(zé)操作該望遠(yuǎn)鏡的美國宇航局團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)這次撞擊不會(huì)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(gè)鏡像部分遭受了無法完全彌補(bǔ)的損壞。

意義評價(jià)

“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）