多次超支延期後，如無意外，自2004年起興建、造價過百億美元的詹士韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope，JWST）將於本周五（24日）發射。它的設計和功能如何有別於哈勃太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）？科學家建造韋伯望遠鏡，又希望回答什麼重要問題？

哈勃望遠鏡於1990年發射，至今服役逾三十年。在它發射之前，科學界早已在討論它的繼承者。美國太空總署（NASA）行星科學家Stefanie Milam回想，在上世紀八十年代末韋伯望遠鏡由空想變成真正的太空任務計劃，到1996年學術界正式建議建造一個紅外線望遠鏡，其後在2004年開始建造。

基於開發困難，韋伯望遠鏡經歷多次超支延期。最初，它的預期造價在10億美元內，計劃2007年發射。現時，這個以NASA第二任署長命名的望遠鏡耗資逾百億美元建造。其中，NASA花費88億美元設計和建造，並會投入8.6億美元支持其運作五年；歐洲太空總署（ESA）和加拿大太空總署分別投資7億歐元和2億加元。更重要的是它似乎終於得以發射，預計本周五以亞利安5號（Ariane 5）火箭從法屬圭亞那升空。

下一部「時光機」

對於天文學者，太空望遠鏡就是「時光機」，它們觀測到的基本上就是太空的歷史。有份參與韋伯項目的NASA天體物理學家Amber Straughn解釋：「它們確實讓我們能夠看到過去。原因在於光的傳播性質。太陽光大約要八分鐘才到達地球。所以我們看到的是八分鐘前的太陽。」哈勃的觀測為天文學帶來了重要進展，科學家了解到宇宙的早期、恆星爆炸、黑洞、修正估算宇宙中的銀河數量等，也令他們相信宇宙因為「暗能量」而在加速膨脹。

韋伯也如是，它的兩大任務之一是讓科學家觀測更加早期的宇宙歷史甚至起源。Straughn形容：「現在我們好像有了一本長達一百四十億年的宇宙歷史，卻欠了第一章節。韋伯專門設計用於讓我們看到大爆炸（Big Bang）後形成的最早的星系。」

韋伯望遠鏡在功能上超越哈勃望遠鏡。英國倫敦大學學院天文學家Richard Ellis總結了兩者差異：「哈勃的限制是，其紅外線探測不足以找到我們想要的星光訊號。它也不是特別大的望遠鏡。它肯定是一個具開創性的設備，帶來驚人的照片，但是望遠鏡的威力與鏡子直徑的平方成正比。這就是韋伯的用武之地。」

首先，韋伯望遠鏡的主鏡由18塊六角形的小鏡組成蜂巢狀，直徑為6.5米，明顯大於哈勃（2.4米）。Straughn說「可以把望遠鏡視為光線的桶」，收進桶內的光愈多，就能看到宇宙中愈遠、愈微弱的事物。

其次，韋伯望遠鏡是紅外線望遠鏡。據韋伯的NASA團隊成員John Mather介紹，它由四個儀器組成：一、近紅外攝像機（NIRCam），是觀測儀器中最敏感；二、近紅外光譜儀（NIRSpec），將恆星或星系的光分析為光譜，配合微快門陣列可同時測量100個獨立星系；三、中紅外線儀器（MIRI），可觀測分子放射最強時產生波長，而且適用於溫度最冷的物體；四：近紅外成像無縫光譜儀（FGS/NIRISS），用於可能蘊含行星在內的極高角解析度影像。

當星光穿越膨脹中的宇宙時，光線會由最初的紫外光或可見光逐漸被拉伸成紅外線，這個現象稱為紅移（redshifting）。相對於主要收集可見光、紫外光及少許紅外線的哈勃，韋伯可以觀測到的紅外線，應可追溯至更早期的星系所產生。NASA的韋伯望遠鏡科學家Matt Mountain說，它可以看到大爆炸後一億年內（距今135億年）的初期星系。或用NASA的說法：「哈勃可以看到相當於『幼兒星系』，而韋伯將能看到『嬰兒星系』。」

這樣科學家將可進一步拆解暗物質或暗能量的種種謎題。Mather解釋：「有很多理由可以懷疑我們對早期宇宙的理解。現時有一個很好的故事，叫做宇宙的標準模型（Standard Model），是宇宙暗物質、宇宙暗能量、普通物質和引力，在大爆炸後互相作用。但是對於暗物質或暗能量從何而來，大家都沒有任何解釋。我們也不知道當時是否就只有那些東西存在。」

尋找宜居行星

韋伯望遠鏡的另一個任務，是發現更多太陽系以外的行星（exoplanets），並初步研究它們的環境是否宜居。自科學家在1992年首次偵測到系統行星，至今已偵測到四千多個。Milam指出：「韋伯不會直接從其他行星上尋找生命，但它會找出這些行星的大氣有何特徵。」

美國加州大學聖克魯茲分校（UCSC）天文學教授Natalie Batalha回想：「系外行星頭十年研究只是像『集郵』，每次發現一個行星。到開普勒（Kepler）望遠鏡發射後，在靈敏度上突破了樽頸，可以每次發現數以百計行星。韋伯將會給我們新的視鏡來研究行星多樣性，進入第三個時代。」

NASA科學家Natasha Batalha解釋：「透過觀察大氣，可以了解氣候如何，也可大致掌握那個星球的完整化學成分。我們想研究這些大氣層，因為我們認為當中潛在生命迹象。地球的大氣中有一種非常特殊的化學組成，可以讓生命繁衍。地質會產生二氧化碳和甲烷，但由生命產生的甲烷量是其100倍。因此，如果我們能夠觀察其他行星上二氧化碳和甲烷之間有否這種微妙平衡，就可以為我們提供一些生命迹象。」

這些化學組成本身固然不足以反映生命存在，但科學家可以問的是，到底是什麼製造這些二氧化碳和甲烷？是否有可能曾經存在生命？ESA的韋伯項目科學家Antonella Nota甚至認為：「韋伯令我們將有機會研究這些系外行星，並回答天文學家和大眾都在問自己的基本問題——我們是唯一存在於宇宙的嗎？地球是獨一無二的嗎？我們還有其他可以承載生命的行星嗎？」

約翰霍普金斯大學天文學家Kevin Stevenson也同意：「我們都想找到另一個地球，不是嗎？『是否只有我們存在於宇宙？』這個問題人類已經問了很多年，我認為韋伯將會首次提供一個機會，真正回答這條問題。」

發射不容有失

即使能如期升空，韋伯在正式開始觀測前，太空的設置亦不容有失。韋伯會被發射到稱為「第二拉格朗日點」（L2），那是離地球約150公里之處，是太陽和地球引力結合下的一個穩定點。要送到那麼遠，是因為韋伯是紅外線望遠鏡，需要盡量維持低溫才能有效觀測，而地球卻溫暖並發出紅外線。屆時韋伯會打開一個五層的巨型遮陽傘，可同時阻擋太陽、地球和月球干擾。

問題是，基於韋伯的體積，它需要摺疊起來才能放進火箭升空，然後到太空才逐步打開。Mather估計韋伯要在發射後六個月才正式開始觀測。韋伯的首席工程師Mike Menzel說，這項發射任務有344個單點故障組件，其中八成與它在太空中的設置相關。事實上，當年哈勃進入軌道後不久，科學家已發現它的鏡面打磨有問題，所以最初只拍到模糊影像，要靠太空人乘坐穿梭機維修。但是，由於L2太遠，韋伯稍有差池也不會有人手和機器派往維修，只能祈求一切順利。

不過，若韋伯能夠順利運作，科學家認為它將會是一項壯舉。從成功研製本身而言，耶魯大學天體物理學家Priyamvada Natarajan把韋伯與人類史上其他遺蹟，如馬馬拉普拉姆寺廟、埃及吉薩金字塔群、萬里長城、西斯汀禮拜堂等相提並論，「韋伯太空望遠鏡將是我們這時代的奇蹟」。

從科學知識而言，NASA的韋伯項目總監Greg Robinson預期，它的觀測將會解開宇宙重要奧秘：「它將會重寫物理學課本。」若未來真的發現生命在地球以外存在，Natalie Batalha認為，韋伯帶來的意義或許比哥白尼推翻地心說更大。

以上種種，一般人未必覺得有有太大興趣和意義。而對於Natasha Batalha來說，這種對自然的探索就是人性一部份：「我們之所以是人類，是因為好奇、想突破界限、探索和增加我們對宇宙的理解，而韋伯太空望遠鏡將是我們下一塊重要的拼圖。」