天文學家的時光機 韋伯太空望遠鏡 助人窺探更古老的宇宙

撰文:許懿安
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由美國、加拿大與歐洲太空機構合作研發的韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope,JSWT)12月25日發射升空並順利進入軌道。對天文學者來說,太空望遠鏡是「時光機」,他們期待借助它探究宇宙各階段歷史,了解眾多天體系統的起源。

韋伯太空望遠鏡在美國東部時間25日早上7時20分(香港時間晚上8時20分)於法屬圭亞那(French Guiana)庫魯航天中心(Centre Spatial de Kourou)由阿麗亞娜5型(Ariane 5)火箭發射升空。

火箭飛行27分鐘後,望遠鏡與之分離並順利進入預定軌道。最終它將在距地球約160萬千米的軌道運行,並在太空中進行為期約6個月的調試,包括展開望遠鏡和遮陽板、冷卻設備、校準等。

它「工作地點」與地球的距離,是月球與地球約4倍。

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接替「前輩」工作

NASA稱韋伯太空望遠鏡是它迄今建造的最大、功能最強的空間望遠鏡。其主鏡直徑6.5米,由18片巨大六邊形子鏡構成,配有5層可展開的遮陽板。雖然它體型巨大,有如一個網球場,又可以以折疊狀態,放進火箭內進行發射。

新望遠鏡在2004年開始動工,如今終能接替已服役30年的哈勃太空望遠鏡(Hubble Space Telescope,HST)的工作,儘管兩者功能不太相同。

新的太空望遠鏡重約1.4萬磅(約6,350公斤),只有哈勃太空望遠鏡(2.7萬磅)的約一半,但靈敏度則較哈勃望遠鏡強100倍。

執行兩大任務

韋伯太空望遠鏡主要有2個任務,並會佔據它觀測時間的50%。第一就是探索宇宙歷史的早期階段,觀測大爆炸(Big Bang)發生後約1至2億年後,即約135億年前的宇宙面貌。

它的第二個任務就是發現系外行星,即太陽系外行星(exoplanets)。 它還將通過研究它們的大氣來調查這些星球上生命的潛力,並幫助科研人員了解眾多天體系統的起源以及演化進程。

科學界認為,那些早期星體在大爆炸發生後約1至2億年後「亮起來」,而韋伯太空望遠鏡會對它們進行觀測。韋伯太空望遠鏡應該有可能看到(或至少探測到微弱的光芒)在黑暗結束以及第一批星星閃爍的那一刻。

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強大紅外能力

韋伯太空望遠鏡的巨大潛力在於其紅外能力。紅外線非人類肉眼可見,它是宇宙中最遙遠物體會發出的那種光。

哈勃太空望遠鏡主要觀測波段是近紅外線、可見光及遠紫外線,而韋伯太空望遠鏡的紅外能力,則可做到「前輩」所不能做到的。較長波長的紅外線更容易穿透塵埃,讓籠罩在雲層中的早期宇宙能更清晰地被看到。

隨着宇宙持續膨脹,這批早期的發光天體發出的紫外光和可見光朝光譜的紅端移動,波長變長(這種現象被稱為紅移,redshifting),最終以紅外線的方式在今時今日抵達近地空間,這會被韋伯太空望遠鏡捕捉到。