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詹姆斯韋伯望遠鏡 (JWST) 是有史以來最大的望遠鏡。 JWST 的圖像令人興奮，重塑了我們對宇宙的了解。你想時間旅行嗎?詹姆斯·韋伯望遠鏡正在窺探我們宇宙最遠的區域。
我們對宇宙的觀察越深入，我們旅行的時間就越遠。詹姆斯·韋伯望遠鏡讓我們可以看到 135 億年前的過去。讓我們為太空極客們看看令人驚嘆的詹姆斯韋伯望遠鏡事實。
詹姆斯韋伯望遠鏡的用途是什麼?
NASA 確定 Jame Webb 望遠鏡的四個主要科學目標:
回顧過去，準確地說是 135 億年，第一個星系的形成和大爆炸後的恆星。了解星系如何隨時間（數十億年）聚集。使用紅外視覺透過塵埃雲觀察恆星和行星的誕生地。研究太陽系外行星的大氣層。其他行星也有生命的基石嗎?
要了解 James Webb 望遠鏡如何觀察數十億年前的過去，我們需要了解距離和光傳播與空間的關係。
我們太陽系內的距離
我們（非天文學家）使用英里或公里來討論太陽系內的距離。從地球到月球有 239,000 英里。這很容易理解。
New Horizons 是迄今為止最快的火箭，飛行速度約為每小時 36,000 英里。
那麼 新視野 到達月球（239,000 英里）?到達那里大約需要 6.5 小時。如果我們將新視野號送往冥王星，我們瘋狂的近鄰（3,577,000,000 英里），新視野號將需要 11 年的時間。
有趣的事實:如果我們將最快的戰鬥機（洛克希德 YF-12A）以每小時 2,275 英里 (MPH) 的最快速度送上月球，大約需要四個半小時天。如果我們開車去月球（假設我們在德克薩斯州並以 85MPH 的速度行駛），大約需要 117 天。
光年
根據 IAU 的定義，光年是光在真空中傳播的距離儒略年。
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距離如此遙遠，以至於使用“地球”測量沒有任何意義。 Proxima Centauri 是距離我們最近的“恆星鄰居”，距離我們 25,300,000,000,000 英里。
如果我們跳進汽車並開始駛向比鄰星，我們應該在大約 1400 萬年後到達。 （最好帶點零食！）
距離和時間變得太大而不易消化，因此我們使用光年而不是每小時英里數作為測量單位。
多快光會傳播嗎?
光以每秒 186,000 英里的速度傳播，每年大約傳播 5.88 萬億英里。如果我們看比鄰星，我們可以用光年作為衡量標準，說它離地球大約有四光年。
#1:詹姆斯·韋伯望遠鏡看過去
詹姆斯·韋伯望遠鏡 (JWST) 可以看到大約 136 億光年 的過去。這是如何工作的?
當陽光到達地球時，它會在到達地球前約 499 秒離開太陽。四百九十九秒（8.3 分鐘）行駛 93,000,00 英里。當我們觀察太陽系外的星系和恆星時，同樣的原理也是如此。我們現在看到的光在很久以前就開始了它穿越太空的旅程。如果檢查 136 億年前離開另一個星系的信號或光，我們就是在凝視過去。 （有趣的事實:我們今天看到的光，在它離開銀河系 136 億年後，不一定是今天存在於光源處的光。光源本身可能數十億年前就已經燃燒殆盡！）
#2:詹姆斯·韋伯望遠鏡與哈勃望遠鏡:相同，相同，但不同
科學界對此進行了大量討論，認為 JWST 是一個哈勃望遠鏡的替代品。這兩台望遠鏡具有不同且重疊的功能。這兩種儀器的真正威力可能在於從同一物體收集數據，然後將兩者進行比較。
哈勃與 JWST
哈勃太空望遠鏡於 1990 年發射到近地軌道並仍在運行。
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JWST 的儀器與哈勃望遠鏡不同。哈勃望遠鏡的設計著眼於光學和紫外線波長。紅外波長是 JWST 的麵包和黃油。
*可見光範圍約為 700 nm 至 400 nm。
#3:詹姆斯·韋伯望遠鏡:主鏡-18！
望遠鏡都是關於鏡子的。更大的鏡子可以收集“微弱”的光線。越大越好。
哈勃主鏡
哈勃有一個主鏡。最初的法師散焦和扭曲。幾年後，美國宇航局通過對哈勃望遠鏡的新任務糾正了圖像失真。主鏡有大約 50 平方英尺的表面收集區域。哈勃望遠鏡的位置使“修復”成為可能。
JWST 分段主鏡
JWST 是第一台使用分段主鏡的太空望遠鏡。主鏡由 18 個六角形鏡子組成。鏡子由鈹製成並鍍金。每個鏡子的直徑為 4.3 英尺。 JWST 有 270 平方英尺的表面收集區域。主鏡的結構類似於落葉桌:“桌子”的主要部分位於中心，桌子的兩端各有一片葉子，每片葉子都可以折疊在桌子後面.During from Earth, the (leaf) mirrors fold inside so that the entire structure would fit inside a 阿麗亞娜 5 火箭。發射六天后，後視鏡從主鏡（桌子）後面展開並放置在主鏡（桌子）旁邊).每個六角鏡都有七個執行器，用於精細和粗略的位置調整。在單獨調整每個鏡子後，結果是一個單一的鏡面，作為一個完美的反射器。
#4:James Webb 望遠鏡正在遠距離軌道運行
JWST 位於距地球約 1,000,000 英里的軌道上，該位置被稱為 L2 Lagrange。 L2 Lagrange 是“停放”望遠鏡的絕佳位置，可以在不受地球干擾的情況下收集深空圖像。 （哈勃望遠鏡在地球表面上方約 330 英里處繞地球運行。）
讓我們考慮一下為什麼我們要在 L2 拉格朗日放置望遠鏡。
L2 拉格朗日（一般三-身體問題）
拉格朗日點的編號方案並不總是一致的。
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拉格朗日點是空間中物體的軌道運動（望遠鏡）和引力（太陽和月亮）相互平衡的位置。 L2 拉格朗日點允許 JWST 使用非常少的功率（推進器）來保持在準確的相對位置。
L2 拉格朗日點基本上是太空中的停車場。物體在 L2 區域“四處”移動，但只需進行微小的調整即可將它們保持在正確的位置。
有趣的事實:在我們太陽系的五個拉格朗日點中，L3在太陽後面，所以我們永遠看不到它。是否存在另一個我們從未見過的行星?科幻小說作家探索 L2，科學作家結合計算物理學探索引力理論。
L2 拉格朗日點（有五個）是將望遠鏡“返回”地球和太陽的好位置阻擋熱量，同時打開深空的巨大前視圖。 JWST 已經做到了。
#5:James Webb 望遠鏡上的隔熱罩技術異常先進
JWST 的隔熱罩採用了大量的工程技術。 JWST紅外測量設備在其組件溫度為-364℉時提供最準確的數據。達到那個溫度可不是一件容易的事。有兩種主要方法可用於達到這種寒冷的溫度。
被動冷卻:隔熱板
將形狀像足球和網球場大小的隔熱板延伸望遠鏡後面。隔熱罩從“外”層（第 1 層）的外側到“內”層（第 5 層）將太陽的熱量減弱了大約一百萬倍。
隔熱層成分 陽光照射第 1 層（外層）。第 1 層“瞄準”太陽/地球。一這樣反射的熱量就會從反射器中“移出”/“彈回”，而不會被下一層 Kapton 吸收。
#6:詹姆斯·韋伯太空望遠鏡上的低溫冷卻器
被動冷卻使溫度保持在足夠低的水平，以使三台（或四台）科學儀器正常工作。中紅外儀器 (MIRI) 需要大約-447°F 的溫度。
低溫冷卻器將 MIRI 冷卻到適當的工作溫度。在閉環系統中，被動冷卻的氦氣通過焦耳-湯姆遜值。由於 Joule-Thomson效果。氦氣達到約-449°F 的溫度。
冷卻的氦氣通過連接到 MIRI 探測器的銅塊。探測器和銅塊之間的熱交換使 MIRI 探測器的溫度降到足以進行操作的溫度。
#7:哇！為什麼必須這麼冷?
其他望遠鏡不需要這麼冷的溫度。為什麼 JWST 需要如此低的溫度?
抑制其自身的熱信號
MIRI 收集紅外數據或熱數據。假設 MIRI 周圍硬件的工作溫度過高。在這種情況下，MIRI 將從儀器的熱量中收集數據，而不是空間中物體的紅外數據。
暗電流抑制
暗電流檢測使探測器做出響應，就好像它收到實際信號。它沒有。暗電流是位於實際傳感器內部的原子的振動。原子在較低溫度下移動（振動）較慢。
較低的溫度等同於減少原子運動，這等於較少的暗電流。更少的暗電流等於更少的錯誤信號。 MIRI 檢測到長紅外波長，這使其對暗電流非常敏感。
#8:透過塵埃和雲層觀察
星雲是太空中巨大的塵埃和氣體雲。
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JWST 的較短紅外視野提供了“穿透”大量塵埃和氣體雲的機會。恆星和行星系統形成於雲層背後。這種能力是 JWST 的一個關鍵特性。這是一個巨大的交易。
我們需要查看電磁頻譜，以了解 JWST 如何“穿透”雲層。
電磁頻譜
電磁頻譜 (EM) 是所有類型的能量/輻射。可見光譜——我們可以用眼睛看到的波長——只是整個 EM 光譜的一小部分。電磁波譜中存在七種不同的波長類別。
電磁光譜
紅外光譜
哈勃望遠鏡主要觀察光學和紫外線波長的光。人眼可以“看到”可見光譜。
JWST 主要用於檢測紅外光。人類無法“看到”紅外波長。
JWST 專為紅外收集而設計。可見光的波長比紅外線短。紅外線的較長波長使其能夠穿過厚厚的灰塵/氣體區域，而光散射和折射較少。較短的波長，如可見光，具有更多的色散和折射。
示例:將紅外線視為擁擠聚會中的“內向”。紅外線會在沒有太多交互的情況下從前門溜進來，從後門溜出去。可見光，性格外向，會四處彈跳，有很多互動。
針對太空極客的 8 個令人驚嘆的詹姆斯韋伯望遠鏡事實常見問題解答（常見問題解答）
詹姆斯韋伯望遠鏡的時間表是什麼?
建設始於 2004 年歐洲航天局於 2011 年選擇格倫奇圭亞那作為未來的發射場。所有反射鏡 (18) 都在 2011 年完成製造。反射鏡運送到十一個不同的地方製造過程中的製造和測試地點。 2012-2013 年，個別組件開始運抵 NASA。 2013-2016，組件級熱和振動測試 2015-2016，鏡子安裝在單一結構上 2017，組件的熱真空室測試 2018-2019，總裝和測試 2020，Covid 延遲 2021，Launch Present，L2 Lagrange位置、收集數據
任務將持續多長時間?
該任務最初計劃在發射後至少持續五年半。望遠鏡部署後不久，美國宇航局更新了它的估計，並建議它可能有足夠的燃料使用十年。
十年後會發生什麼?
JWST 將耗盡燃料。沒有燃料意味著 JWST 將無法以所需的精度“瞄準”深空物體。如果你不能瞄準望遠鏡，它就沒有太多的功能。
JWST 可以加油嗎?
可以也可以不可以。這是一個“好消息，壞消息”的答案。
好消息:JWST 有一個對接目標和一個外部可訪問的加油端口。壞消息:我們（今天）沒有可用的技術來進入太空 1,000,000 英里以補充燃料或在 JWST 上工作。好消息:美國宇航局有大約十年的時間來確定如何建立加油機制。 NASA 尚未承諾建立任何加油機制。
JWST 的壽命會和哈勃太空望遠鏡一樣長嗎?
很可能不會，不會。哈勃望遠鏡的一個巨大好處是它離地球只有幾百英里遠。美國宇航局已經向哈勃望遠鏡發出了四次單獨的“服務電話”。
升級和維修。這就是離家近的好處。離家這麼近的缺點是由於熱量，哈勃儀器的功能更加有限。
JWTS 距離一百萬英里。 NASA 不會派宇航員執行維修任務。如果 JWST 中斷，任務很可能全部結束。遠離家鄉的好處是能夠收集更長的紅外波長數據。