【新智元導讀】情人節(jié)之際，韋伯送來了一枝18星「黑玫瑰」——1張由18個鏡面拍攝的同一顆恒星。

2月11日，價值百億美元「鴿王」詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，傳回了TA拍攝的第一張照片！

不好意思，放錯了，剛剛這張是韋伯的「自拍」。

接下來這張糊如馬賽克的圖，就是韋伯的「第一張照片」了。

別看這張「十八星圖」平平無奇，其實這看似毫不相關的18個光點都來自于同一顆恒星——HD 84406。

不過由于還沒有進行調整，韋伯望遠鏡蜂窩狀的18面主鏡現(xiàn)在正處在「各自為政」的狀態(tài)。

于是，18個獨立的望遠鏡也就生成了18張恒星的照片。

當然了，這張「十八星圖」僅僅是韋伯望遠鏡進一步對準和聚焦的開始。

?情人節(jié)的工具人——HD 84406?

?HD 84406位于大熊座，在拉丁語中意為「大熊」。「北斗七星」實際上是大熊星座的一部分，確切的說是「熊尾巴」。

這顆恒星的視星等約為6.9，肉眼無法看到。要看到星星，需要配備高倍雙筒望遠鏡。

恒星84406位于北斗七星附近的大熊星座，距離地球約260光年

在本次校準的準備階段，NASA在推特上發(fā)文，就透露了將選擇該星作為成像的目標星。

在校準過程中，從每個主鏡收集的光被反射回韋伯的次鏡，然后使用望遠鏡的關鍵成像儀器之一近紅外相機NIRCam進行測量。

該傳感器將在望遠鏡的整個校準過程中使用，以確定和糾正任何光學誤差。

完成這個任務主要挑戰(zhàn)有兩個：

確認NIRCam已準備好收集來自天體的光

讓18個主鏡中的每一個都能識別來自同一顆恒星的光

顯然，收集用于生成圖像的「馬賽克」并不簡單，整個過程持續(xù)了近25個小時。

韋伯望遠鏡從2月2日便已經(jīng)開始了這張圖像的捕獲。

在經(jīng)過了156個不同指向位置的調整，并使用NIRCam的10個探測器生成了1560張圖像之后，韋伯望遠鏡總計生成了54GB的原始數(shù)據(jù)。

每張圖像都按照捕獲的順序進行標記

在這個過程中，前6小時的16次曝光中就確定了每個鏡像段中定位目標恒星。

隨后是將這些圖像拼接在一起，生成一張20億像素的超大圖像。

而我們看到的這張圖只是那張超大圖中心的一小部分。

在接下來的一個月左右的時間里，NASA團隊將逐步調整鏡片的位置，直到18幅圖像全部匯聚成為一顆清晰的恒星。

有趣的是，韋伯望遠鏡在其服役后期將無法再次觀測到HD 84406。

因為望遠鏡在調整完畢之后，這顆恒星就會變得過于明亮。

不得不說，對韋伯望遠鏡的校準和調試是一個大工程，預計耗時三個月。

NASA將整個調試和對準過程分為七個階段，本次產生「十八星圖」只是完成了其中的第一階段。

據(jù)NASA介紹，這七個調試階段分別是：

分段圖像識別

段對齊

圖像堆疊

粗定相

精細相位

儀器視場上的望遠鏡對準

迭代對齊以進行最終校正

「鴿王」開工大吉

2021年12月25日，歷時25年研發(fā)，100億美金打造的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）終于升空！

它將成為人類的「第二只眼」，不僅為了仰望星空，更是為了探究神秘宇宙與人類文明的本質連接。

新一代太空望遠鏡得名于美國宇航局第二任局長詹姆斯·韋伯（James Webb），以紀念他對阿波羅登月計劃做出的重要貢獻。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡其實早在1989年便開始了籌劃，正式的工作開展是在1996年。

雖說研發(fā)25年，但從最初構想到發(fā)射歷經(jīng)30余年，因此韋伯望遠鏡被許多人戲稱為「鴿王」。

韋伯是史上第一款超級紅外線太空望遠鏡，也是目前發(fā)射最大的太空望遠鏡。其口徑達到了6.5米，并由18塊六邊形鍍金晶片拼接而成。

理論上，韋伯太空望遠鏡的太空觀測能力是哈勃空間望遠鏡的100倍。能看到波長范圍在600-28500nm的光線（可見光——中紅外光）。

1月8日，主鏡展開，部署工作全部完成。

韋伯望遠鏡在結構上已經(jīng)完全展開，副鏡三腳架和兩個主鏡翼都已就位。

1月24日，抵達第二拉格朗日點L2。

經(jīng)過297秒的調整，韋伯完成了的最后一次軌道修正。

由此，韋伯也進入了其圍繞第二個太陽-地球拉格朗日點的最終軌道，即L2，距離地球近100萬英里。

2月2日，為期三個月的對準過程開始。

韋伯的主鏡由18個獨立的鏡段組成，需要作為一個單一的高精度光學表面一起工作。

為此，各個鏡子之間需要相互匹配相同波長的一小部分光——大約50納米。

2月10日，「冷面」仍在繼續(xù)冷卻中。

預計主鏡將冷卻到50開爾文以下（約-223攝氏度），而近紅外儀器將達到約40開爾文（約-233攝氏度）。

這朵宇宙玫瑰，只送給你！

1990年4月，哈勃望遠鏡在肯尼迪航天中心成功發(fā)射，執(zhí)行觀察太空任務30余年，不負使命地展現(xiàn)了「最美宇宙」。

那么，對比哈勃，韋伯有哪些關鍵進步呢？

科學家與工程師們在吸取哈勃經(jīng)驗的基礎上，現(xiàn)在，他們「站在巨人的肩膀上」，對韋伯太空望遠鏡的要求更高、期待更大。

揭示更深處的宇宙奧秘

時間回到2011年4月20日，在哈勃望遠鏡21歲生日之際，它拍下了一張來自3億光年以外的Arp-273「玫瑰星系」，美輪美奐！

一個巨大的星系相互纏繞，成螺旋狀，構成了美麗的「玫瑰花瓣」；另一個相對較小的星系則側身，構成了「玫瑰花枝」。它像宇宙中一朵盛開的巨型「玫瑰」，自帶光芒，又位于仙女座，因此，科學家將其稱之為「玫瑰星系」。

星系是宇宙的主角，是整個宇宙最主要的組成部分，正是因為星系的存在，才使得生命和色彩有了存在的可能。由于宇宙演化的各異性，星系的形狀也并不統(tǒng)一，有螺旋星系、橢圓星系和其它不規(guī)則星系。

「玫瑰星系」是哈勃望遠鏡的寬視場照相機3號拍攝的，使用了3個濾色鏡，于2010年12月17日拍下。

2011年4月24日剛好是哈勃望遠鏡的21歲生日，NASA用這張照片為哈勃慶生。

十年后的2021年4月，NASA在Instagram上再次貼出了這張照片，「這朵宇宙玫瑰，只送給你！」

該帖子再次吸引了 NASA 的追隨者，點贊超過18萬。

有用戶希望「可以將這朵閃閃發(fā)光的玫瑰永遠留在身邊」。

還有的用戶留言將玫瑰送給了自己的愛侶，并表白說「我愛你」。

據(jù)介紹，這張照片中的星系 Arp 273 由兩個螺旋星系組成 - 較大的一個稱為 UGC 1810，另一個位于其下方的星系稱為 UGC 1813，位于仙女座。

此次「接棒」老前輩的韋伯望遠鏡，究竟比哈勃強在哪里？

首先是觀測光譜的范圍。

哈勃望遠鏡是用來探測可見光和紫外光的。處于形成早期的星系確實會發(fā)出可見光，但由于觀測距離太長，可見光的波長會因「紅移」被拉伸到電磁光譜的紅外部分，相當于紅外光。

韋伯望遠鏡設計專注于從0.6到28微米光譜的紅外部分，能夠聚焦于紅外明亮的物體，如極其遙遠的星系。

從身材上看，韋伯望遠鏡也要比前輩哈勃要大得多。

哈勃望遠鏡長13.2米，最大直徑為4.2米，孔徑（能夠接收光線的部分）為2.4米。

韋伯望遠鏡遮陽板約22米x12米，孔徑為 6.5 米。

另外，韋伯望遠鏡更善于觀測早期宇宙的形成。

早期恒星和星系形成之謎一直困擾著大家，韋伯望遠鏡將為早期宇宙觀測提供最佳視角。當涉及到遙遠的星系時，哈勃望遠鏡的長波觀測能力不再湊效，導致探測結果不確定。

有科學家認為，韋伯望遠鏡可以解決這個問題，確切地說，可以看到宇宙大爆炸2.5億年后的星系形成。

現(xiàn)在，韋伯望遠鏡可以探測到紅外線光，這使得它可以窺視到以前從未被探索的領域，來自宇宙最遙遠的星系、被塵埃包裹的新生恒星以及太陽系外行星等天文現(xiàn)象。

不僅如此，它還將發(fā)現(xiàn)來自宇宙深處的最微弱熱信號，這就是為什么它要求在極低的溫度下工作，韋伯的遮陽板正是達到這種低溫的關鍵。

「在太空中打開韋伯的遮陽板是一個不可思議的里程碑，對整個任務的成功至關重要，韋伯望遠鏡的天文部署是歷史性的成功。」韋伯項目主管Gregory L. Robinson（格雷戈里 L. 羅賓遜）說。

對比哈勃望遠鏡主要用來探測可見光和紫外光，韋伯望遠鏡則可以探測紅外光，且探測精讀大大提升，將達到2000x2000的光學像素。

這對于宇宙遠距離成像十分重要，透過塵埃，直達恒星區(qū)域，韋伯望遠鏡可以精確計算星系年齡和化學成分，其長波觀測能力還有望觀察到早期宇宙的形成。

身處更合適的觀測點L2

1月24日，韋伯太空望遠鏡抵達第二拉格朗日點。

「L2有一些獨特的特性，使其成為執(zhí)行天文任務的理想選擇」 歐洲航天局(ESA)韋伯航天器運營經(jīng)理David Milligan說。

一方面，太陽、地球和月球的聯(lián)合引力起到了平衡作用，可以用最少的燃料保持航天器位置固定，也被稱作「懸停」，它是一個特殊的空間重力穩(wěn)定點。

另一方面，韋伯可在此不受阻礙地觀看大部分天空，太陽、地球和月球均保持在同側背后，打開遮陽板，韋伯可以在溫度、光線恒定的環(huán)境下工作。

韋伯進入L2軌道，大約每隔6個月，繞L2點運行一圈。

此前的太空望遠鏡都是繞著地球運行，會導致地球的陰影竄入觀察任務，觀察視野受影響；加之，來自地球的熱量輻射，溫度忽冷忽熱，使科學儀器運行不穩(wěn)定。

韋伯望遠鏡將以前所未有的宇宙觀給太空科學帶來一場革命。

1990年，哈勃成為世界上第一個太空望遠鏡，它給我們送來了3億光年的「玫瑰星系」，極大地打開了人類文明的視野。

32年過去，韋伯是人類史上迄今最大的太空望遠鏡，它剛一「睜眼」，就以一支驚艷的「黑色玫瑰」饋贈世人。

參考資料：

https://blogs.nasa.gov/webb/2022/02/11/photons-received-webb-sees-its-first-star-18-times/

https://www.youtube.com/watch?v=QlwatKpla8s

本文來自微信公眾號“新智元”（ID:AI_era），作者：新智元，36氪經(jīng)授權發(fā)布。