美国总统乔-拜登于2022年7月公布了詹姆斯-韦伯太空望远镜（JWST）的首批图像。这项由美国宇航局、欧空局和加空局联合执行的任务是在以前的太空望远镜--特别是哈勃望远镜--的成功基础上，提供对我们宇宙的最详细和最吸引人的观察。

来自韦伯的第一批全彩图像显示了数以千计的星系和一些有史以来在红外光下观察到的最微弱的物体。

当韦伯的第一批 "深场 "图像呈现在全球公众面前时，美国宇航局局长比尔-纳尔逊说：

韦伯的第一个深场不仅是詹姆斯-韦伯太空望远镜的第一张全彩图像，而且是迄今为止最深、最清晰的遥远宇宙的红外图像。这张图片覆盖了一片天空，大约只有一粒沙子的大小，与人保持距离。这只是浩瀚宇宙中的一小片。

这些图像的空前深度和细节是不同领域成就的结晶。但是，韦伯号远不是第一个将我们的宇宙的壮观图像传回地球的太空望远镜。

什么是太空望远镜？
空间望远镜（及其姊妹结构，空间观测站）是由美国天文学家和理论物理学家莱曼-斯皮策在1946年首次提出的，但在20多年后，第一台可操作的望远镜才被发射到太空。

美国的美国轨道天文观测站（OAO-2）在1968年首次出现，苏联的猎户座1号紫外线望远镜在三年后在空间站Salyut 1上跟随它离开了大气层。

空间望远镜是专门设计的航天器，携带传感器进入太空，有时是在围绕地球的轨道上，现在--与韦伯一起--围绕太阳。存在各种类型的空间望远镜，收集不同波长的电磁辐射（光，在某些波长）的数据。

一些空间望远镜以特定的分辨率绘制整个天空，用于天文学调查。其他的可以指向感兴趣的区域。这些通常可供天文学家在申请的基础上使用，类似于提交研究方案。

目前正在运行的大多数太空望远镜都在围绕地球的遥远轨道上，距离足够远以避免地球的大气影响，但又足够近以可靠地将数据传送回地面操作。

然而，韦伯号实际上是在围绕太阳的轨道上--比任何其他发射的太空望远镜都要远得多。它的轨道被配置为紧跟地球的轨道，所以数据传输仍然是可能的。

天文学家为什么把望远镜放在太空中？
所有太空望远镜提供的一个重要优势是能够在远离地球大气层和光污染的过滤和扭曲影响下感知电磁辐射。

从地球上看，星星似乎在夜空中 "闪烁"，发出闪烁和不均匀的光。这种现象，在科学上被称为闪烁，是由地球的大气层造成的，当可见光（和其他波长的辐射）穿过大气层时，会发生扭曲。

所有基于地球的望远镜都面临着闪烁的问题。一些最大的地面望远镜可以使用自适应光学技术来减少这种影响，但只有将望远镜放在太空中才能完全消除这种影响。

这意味着空间望远镜可以比地面望远镜有更大的角度分辨率，即使有相同的孔径。

闪烁的影响在可见光和肉眼中是很明显的，但是空间望远镜在探测光学和无线电波长以外的频率范围时是最有效的。

光学和无线电天文学至少可以从地球上的望远镜进行。另一方面，由于闪烁效应，X射线天文学在地面望远镜中或多或少是不可能的。红外线和紫外线天文学也只能从太空有效地进行。

将望远镜送入太空的困难
除了这些重要的优势之外，天基天文学还面临着重大挑战。

为太空建造望远镜的成本要高得多。它们需要被加固，它们需要能够将数据传送回地球，而且它们首先需要离开大气层。

工程师们必须非常努力地工作，以尽量减少重量，尽可能地从船上的每个部件和设备上减去几克。这些苛刻的要求必须与精确性和准确性的操作要求相平衡--空间望远镜也是研究级的天文学仪器，必须能够提供可靠的数据。

除了设计和发射太空望远镜的困难之外，它们在地球大气层之外的位置也使得它们的维护变得异常困难。

当哈勃太空望远镜发射时，它的传感器被校准，基本上使望远镜失去了焦点。航天飞机上的宇航员可以直接到望远镜上修复它，但由于韦伯号在地球轨道之外，这是不可能的。

这意味着天基天文学需要人类的集体努力，而韦伯发射的成功及其令人惊叹的首批图像证明，这种努力可以为人类收获美好的回报。

参考资料

NASA (2022). NASA Reveals Webb Telescope’s First Images of Unseen Universe. [Online] NASA. Available at: https://www.nasa.gov/press-release/nasa-reveals-webb-telescope-s-first-images-of-unseen-universe (Accessed on 22 July 2022).

NASA (2022). President Biden Reveals First Image from NASA’s Webb Telescope. [Online] NASA. Available at: https://www.nasa.gov/press-release/president-biden-reveals-first-image-from-nasa-s-webb-telescope (Accessed on 22 July 2022).

Thompson, A. (2009). Major Space Telescopes. [Online] Space.com. Available at: https://www.space.com/6716-major-space-telescopes.html (Accessed on 22 July 2022).

Written by

Ben Pilkington