NASA · 2025-01-13

詹姆斯·韦伯空间望远镜快速事实

摘要

詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）是NASA最重要的太空观测任务之一，主要观测红外光波段，旨在探索早期宇宙中的首批星系、研究星系演变过程、观测恒星生命周期以及探测系外行星的大气特征。韦伯位于距地球150万公里的日地拉格朗日L2点，拥有6.6米直径的分段主镜和四个科学仪器，其红外能力能够穿透尘埃云并观测到宇宙红移后的远古光线。所有观测数据均通过Mikulski空间望远镜档案馆向全球公开，设计寿命至少5年，目标10年，实际推进剂预计可支持超过20年的科学运行。

内容框架与概述

韦伯望远镜的科学目标涵盖四大核心领域：寻找早期宇宙中最早形成的星系、研究近处与远处星系的演变过程、观测从恒星诞生到行星系统形成的完整生命周期，以及测量行星系统的物理化学特性并探索地外生命存在的可能性。红外天文学是韦伯的核心优势，红外光能够穿透密集的恒星形成云，观测到相对较冷的天体如行星及其大气层，而宇宙膨胀将早期星系发出的紫外线和可见光拉伸成红外光，使韦伯能够研究宇宙大爆炸后几亿年形成的首批星系。

韦伯对不同类型天体的研究各具特色。对于系外行星，韦伯利用冠状仪成像远离宿主星的大行星，通过光谱学分析大气组成和结构；对于星系研究，韦伯捕捉各发展阶段星系的光线，测量恒星形成率并绘制暗物质地图；对于太阳系内天体，韦伯能够描述行星、卫星、彗星和小行星的大气层和表面，但由于不能指向太阳而无法观测水星、金星、地球和月球。韦伯与哈勃望远镜形成互补关系，哈勃观测紫外线、可见光和近红外光，韦伯专注于近红外和中红外光，两者联合观测能够揭示恒星形成区的不同侧面，如创世之柱的可见光与红外图像对比展示了尘埃穿透能力的差异。

韦伯望远镜本身的技术规格同样令人瞩目。其主镜由铍材料制成，涂覆金层以反射红外光，采用六边形分段设计以实现高填充因子；四个科学仪器（NIRCam、NIRSpec、NIRISS和MIRI）覆盖0.6到27.9微米的波长范围；五层遮阳板保持镜子和仪器在低温环境，使韦伯能够准确探测微弱红外光。韦伯在太空中的部署涉及展开遮阳板和镜子的复杂过程，设计为能够承受微流星体撞击，但不支持在轨维修。所有数据和观测结果属于公共领域，通过MAST档案馆向全球公开，业余和专业科学家都可以创建并发布自己处理的韦伯图像。

核心概念及解读

宇宙红移：随着宇宙膨胀，光被拉伸到更长波长的现象。韦伯对红外光的敏感性使其能够观测到早期星系发出的紫外线和可见光在数十亿年穿越空间过程中被拉伸成的红外光，天文学家通过分析光谱中元素或分子的特征模式偏移量来确定天体的确切红移值，从而推断其距离和形成年代。

光谱学：研究和解释天体光谱的学科，通过将光按波长展开像彩虹一样的光谱，观察不同波长的亮度模式来了解空间中物体的组成、温度、密度、运动等特性。韦伯的四种科学仪器都有光谱学模式，能够将光分散成光谱以测量每个单独波长的亮度，这对于确定系外行星大气组成、星系化学成分以及恒星物理特性至关重要。

日地拉格朗日L2点：距离地球约150万公里的空间位置，韦伯在此绕太阳运行。这一位置使韦伯能够远离地球的热量干扰，保持低温环境以准确探测微弱红外光，同时在六个月轨道运行过程中观测到天空中几乎所有的点，视场范围限制在天球上50度的条带内。

红外天文学：利用红外波段观测宇宙的天文学分支。红外光能够穿透密集的恒星形成尘埃云，观测到相对较冷的天体如行星及其大气层，通过宇宙红移过程探测到早期星系的古老光线。韦伯主要观测0.6到27.9微米的红外光，涵盖从橙色可见光到中红外的波长范围，这一能力使其能够看到哈勃等可见光望远镜无法观测到的宇宙细节。

通用观测者计划：任何人都可以申请使用韦伯进行特定调查的机制，每年的观测提案由全球天文学界组成的时间分配委员会通过双匿名评审过程评估科学价值和可行性。选定的计划会公开宣布，观测时间表每周在线公布，所有数据最终通过Mikulski空间望远镜档案馆向全球公开，体现了韦伯作为NASA任务的科学开放性和国际合作精神。