1個月飛行160萬公里 韋伯太空望遠鏡到達最終軌道

1月25日消息，美國宇航局(NASA)的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）過去1個月中在太空中飛行了160多萬公里，于美國當?shù)貢r間周一進行了最后一次航向修正操作，終于到達了其最終目的地?，F(xiàn)在，JWST將永久停留在那里，并開始履行觀察宇宙中最古老恒星和星系的使命。

作為有史以來發(fā)射到太空的最強大望遠鏡，JWST在2021年圣誕節(jié)當天發(fā)射升空，但由于體積太大而無法以最終形態(tài)進入太空，研究人員不得不將其折疊在火箭內(nèi)發(fā)射。到達太空后，JWST就開始了極其復(fù)雜的變形和展開動作，以前從未有航天器展示過這樣的超能力。然而，JWST的每個部署操作都被執(zhí)行得天衣無縫，最終于1月8日完成了主要部署，并展開為最終形態(tài)。

不過這個過程讓任務(wù)團隊充滿了擔(dān)憂，因為每個步驟都必須按計劃實施，一次小小的失敗就可能會危及JWST的整個任務(wù)。但任務(wù)團隊的擔(dān)憂并沒有在展開完成后結(jié)束，JWST仍然必須進入太空的最后軌道才能恰當?shù)赝瓿扇蝿?wù)。如果沒有適當?shù)販p速，它有可能進入錯誤的軌道或完全錯過目標軌道。這樣的失敗可能會使任務(wù)的未來變得復(fù)雜，使科學(xué)家與這個耗資近100億美元的太空望遠鏡進行溝通變得極其困難。

幸運的是，JWST完美地完成了最后的部署。NASA旗下戈達德太空飛行中心JWST項目經(jīng)理比爾·奧克斯(Bill Ochs)在聲明中說：“在過去的一個月里，JWST取得了驚人的成功，這是對所有花了幾十年時間來確保任務(wù)成功的人們表達的敬意。”

雖然用了一個月的時間才走到這一步，但JWST并沒有花很長時間就將自己引導(dǎo)到了最終目的地。在美國東部時間周一下午2點左右，JWST啟動了機載推進器約5分鐘。這是JWST完成三次航向修正的最后一次，使航天器放慢速度，以便以非常精確的方式進入其預(yù)定太空軌道。

JWST現(xiàn)在圍繞著太空中1個看不見的點運行，這個點被稱為地球-太陽拉格朗日點。這是個有點兒神秘的空間區(qū)域，太陽和地球的引力和向心力在這里達到平衡，使物體能夠保持在相對穩(wěn)定的位置上。JWST主承包商諾斯羅普·格魯曼公司的高管讓-保羅·皮諾(Jean-Paul Pinaud)稱：“在重力實現(xiàn)完美平衡的地方，正在進行一場小小的拔河比賽，但還沒有人獲勝。”

太陽和地球共享五個這樣的拉格朗日點，它們散布在地球的周圍。JWST圍繞著名為L2的拉格朗日點運行，它距離太陽更遠。在這個位置，當?shù)厍蚶@著恒星運行時，JWST將幾乎同步地跟隨著這顆行星，就像一個恒定的伴侶，總是在與地球相對的同一位置上。無論地球圍繞太陽運行在哪里，JWST都保證距離我們大約160萬公里。

JWST圍繞L2運行的軌道實際上相當寬，大致相當于地球和月球之間的距離。但如果沒有外力幫助，JWST不可能永遠保持在這個軌道上。L2是所謂的“偽穩(wěn)定軌道”，也就是說，圍繞這個位置運行的物體有向1個方向漂移的趨勢。

因此，JWST在其整個生命周期內(nèi)將不得不對其運行軌道進行小幅調(diào)整。每隔20天左右，望遠鏡就會啟動推進器兩到三分鐘，以確保它保持在預(yù)定軌道上。最終，這些調(diào)整將決定JWST能在太空中保持多長時間的活躍狀態(tài)。當推進劑在未來10到20年內(nèi)耗盡時，望遠鏡的任務(wù)就會結(jié)束。

這看起來可能是個相當復(fù)雜的位置，需要付出大量額外的努力才能保持JWST的穩(wěn)定。但出于各種原因，L2對JWST來說是最具吸引力的地方，也許最大的優(yōu)勢在于它與地球和太陽的距離。JWST可以收集紅外光，這是一種與熱有關(guān)的光。由于這種設(shè)計選擇，望遠鏡必須時刻保持極低的溫度。

這就是為什么JWST配備了永遠面向太陽的防曬罩的原因，它將反射太陽的熱量，使望遠鏡保持低溫狀態(tài)。不過，如果NASA不小心，附近任何發(fā)出熱量和紅外光的物體都可能擾亂JWST的觀測。通過將望遠鏡放置在離地球160萬公里的地方，NASA保證了來自地球和月球的紅外光不會干擾或加熱望遠鏡。

從能量的角度來看，L2也很合適，因為JWST的一側(cè)總是面向太陽的。在加熱的那一側(cè)，望遠鏡有個太陽能電池板，不斷收集陽光為其供電。其他航天器就沒有這樣的奢侈設(shè)計，如環(huán)繞地球軌道的哈勃太空望遠鏡。每當哈勃在地球的背面運行時，它就失去了太陽的視野，必須將能量儲存在電池中。JWST永遠不會出現(xiàn)這種情況。諾斯羅普·格魯曼公司JWST任務(wù)系統(tǒng)工程負責(zé)人凱爾·霍特（Kyle Hott）說:“我們基本上擁有無限的任務(wù)操作能力，而且我們不必擔(dān)心任何日食。”

在繞地球運行時，日夜不停地轉(zhuǎn)換也會帶來很多影響，比如溫度的極端波動會使航天器發(fā)生碰撞和振動，導(dǎo)致其儀器隨著時間的推移而退化。而JWST在其整個生命周期中都將在大致相同的溫度下運行。

此外，還有保持持續(xù)溝通的好處。由于L2相對于地球總是處于相同的位置，JWST將在任何時候都與地球保持特定的距離。這意味著我們可以經(jīng)常與望遠鏡保持聯(lián)系?；籼卣f：“我們可以在L2受到地球和太陽的牽引，這樣我們就可以和望遠鏡保持良好的、方便的、持續(xù)的通信，這也簡化了很多任務(wù)操作。”

進入最終軌道為JWST的危險太空之旅暫時畫上了句號，也為科學(xué)觀測鋪平了道路。不過，我們還需要等待JWST做好最后準備。在這臺望遠鏡投入使用之前，科學(xué)家和工程師很快就會開始精確地對準望遠鏡的鏡子，測試所有儀器，以確保它們準備好收集宇宙中最古老恒星和星系的首批圖像。

這個過程將需要幾個月的時間，但如果進展順利，JWST拍攝的第一批圖像最早可能在今年夏天傳回地球。