一窥天机：太空望远镜！

作者：老和山下的小学僧
来源公众号：老和山下的小学僧
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窥见宇宙

哈勃不但有巨大的科研价值，其社会价值也不容小觑，拍摄的大量美轮美奂的深空照片，激发了无数普通人对宇宙的向往和思考，可谓功在千秋。

2019年哈勃望远镜公布了迄今为止最详细的宇宙照片，这张照片包含了26.5万个星系，每个亮点放大都可以看到星系全貌（原图可至官网下载，贼大）。

不过，因为继任者迟迟不到位，哈勃不断超期服役，已经在天上待了30多年，难免力不从心。尤其最近几年，面临和国际空间站一样的窘境，扔了吧，可惜，不扔吧，修修补补，维护费早赶上造价了。要知道，在天上干活，费用也是上了天的，一次维修的费用都足够在地面建一个大型望远镜了。

继续烧钱给老态龙钟的哈勃续命是不现实的，哈勃退役几乎板上钉钉，这也意味着人类即将失去唯一的可见光空间望远镜。

那以后的日子是不是又得回到近视眼时代呐？

既然如此，那就没必要非得把可见光望远镜放太空了。在地面干活，不但价格实惠，而且完全不用考虑重量和体积，镜头可以使劲造，日子美滋滋的。

早些年，口径8.1米的双子星天文台也算得上一号人物，两台望远镜分别位于夏威夷和智利，一南一北，加上地球自转，观察范围可以覆盖整个天区。但是很快，8米的门槛就被踏滥了，欧洲南方天文台在智利建造的甚大望远镜，由4台口径8.2米的望远镜组成，聚光能力相当于16米口径。日本国家天文台的昴星团望远镜把单面反射镜口径干到了8.3米。这还没完，即将投入运行的位于智利的美国大麦哲伦望远镜，由7块直径8.4米的子镜组成，等效口径大约有25米，成像清晰度达到哈勃的10倍。

单个镜子的口径到了8.4米已经差不多了，接下来就是更凶残的玩法：用一堆小镜子拼成大镜子。

由加拿大美国主导，包括中国在内多个国家参与的，位于夏威夷的，不断被环保组织阻挠建设的30米望远镜，主镜口径30米，清晰度吊打哈勃一个数量级。

预计2024年建成的位于智利的欧洲极大望远镜，主镜口径39米，清晰度比哈勃高16倍……

对望远镜来说，口径就是王道。对口径大小没概念的话，可以对比一下哈勃望远镜，2.4米。

等会儿，好像智利的出镜率有点高啊，这哥们儿天文学很强吗？说到智利特产，大伙可能想到的是樱桃，而本僧想到的却是……天文望远镜。

智利北部地区的气候和大气环境非常适合夜观天象，这里集中了全球一多半的顶级天文望远镜。值得一提的是，中国也在这儿建造自己的天文台，如果不算南极科考站的口径0.68米的巡天望远镜，这应该是咱们头一回在别的国家建造望远镜。

多嘴一句，前面提到的所有望远镜，加一起，还没哈勃贵。

所以这事儿没啥可说的了，相比如火如荼建设的地面望远镜，可见光空间望远镜几乎无人问津……除了中国。

中国空间站有个配套装置叫“巡天光学舱”，是一台口径2米的可见光望远镜，计划2024年发射，届时可能是人类硕果仅存的可见光空间望远镜。那么问题来了，人家都在地上搞了，咱为啥还要上天搞呢？

首先当然是因为太空望远镜仍然具有地面望远镜不具备的优势，比如，自由地指向任意方向观测，长时间对一个方向连续曝光，不会被人造卫星干扰，等等。其次，哈勃说到底就是太贵，而巡天望远镜和空间站共轨飞行，紧挨着，从空间站出去干活，成本就低太多了。

最有意思的是，巡天可以对地观测，是不是有点意外？这台天文望远镜，居然可以调转方向观察地面，至于这么干的意义嘛……你猜！

作为人类唯二的可见光空间望远镜，巡天免不了被拿来和哈勃做一番比较，其实吧，这话题和空间站一样，上天时间差了35年，有啥好比的呢？两者差异除了技术水平，很大程度是设计取舍导致的。另外，吃瓜群众们也别指望在这领域一举超越美帝，差距仍有肉眼可见那么大。

说了这么多，那么，韦伯上天究竟算多大一事儿？

韦伯：寻找宇宙的黎明

寻找这第一缕光，非红外望远镜莫属。

于是，韦伯来了。

咱们给的官方名字是“韦布空间望远镜”，但大伙已经习惯叫韦伯了。

这家伙之所以拖了14年才发射，是因为确实花了海量心血，充分体现了美帝在精密工业领域的深厚功底，几乎达到了人类工程学的极限。

比如，口径6.5米的主镜，表面粗糙度低于10纳米，另外，为了不浪费这种加工精度，与之配套的支架和控制系统精度可想而知。

温度越高，红外线就越强，所以作为一台红外线望远镜，制冷就成了头等大事，不然你自身发出的红外线就足够折腾了。

举个风马牛不相及的例子。

最近俄乌战争中名噪一时的美国标枪导弹，在使用热成像前，需要对红外成像器件进行持续制冷，美军标枪导弹使用手册显示，开机后必须要等2分半到3分半。而导弹配备的小型电池和制冷机只能坚持4分钟，也就是说，射击窗口最多只有1分30秒，如果在1分半内没有完成锁定和发射，射手就必须更换制冷机和电池。因此，只要侦察得当，步坦协同到位，标枪要对付坦克并不容易。

扯远了。无论天上地下，想和红外线打交道，首先自己得够冷。

很多人以为太空这么冷，制冷还不简单！其实刚好相反，因为太空没有空气可以散热，太阳一晒就滚烫，所以首先得隔绝阳光。韦伯带了5层又大又薄的遮阳帆，为了尽可能反射热量，这5层仅几十微米厚的薄帆也是费尽心机，可以保证背面温度在50K以内。

但这还不够冷，为此科学家专门开发了一种脉冲管低温冷却器，这玩意儿不但可以把红外传感器冷却到7K，还几乎没有振动。你想想，如果冷却器造成了几十纳米的晃动，那前期的精确加工就全白忙活了。

如此吊炸天，那它能看到宇宙的诞生吗？不能，红外线不是万能的，甚至电磁波也不够说明宇宙起源，这活至少要集合引力波、暗物质、中微子等一众骨干才能窥见一二。

韦伯空间望远镜工作在近红外和中红外波段，用于观测宇宙大爆炸初期第一批恒星和星系的形成。按照目前理论，宇宙年龄138亿年，哈勃已经看到了134亿年，而韦伯可以再多2亿年。

2022年3月11日，韦伯望远镜完成了最后一轮镜片微调，传回了第一张校准时拍摄的清晰照片，已经逐渐进入工作状态，预计夏天正式开启科学观测，为人类视野再添2亿光年。

还有一个题外话，韦伯不但是科技典范，也是坑钱典范，不但充分体现了美帝的科技实力，也充分体现了美帝的钓鱼手段。

韦伯最早的预算是5亿美元，不过很快就发现不够烧，第二年就加了5亿，不加不行啊，不然前面的5亿就打水漂了。过了两年，发现钱还是不够烧，再加8亿，不加不行啊，不然前面的10亿就打水漂了。又两年，再加7亿，不加不行啊。三年后，加5亿。过一年，再5亿。两年后，6亿……就这样一口一口，一直啃到了97亿，比哈勃还败家。

慧眼

在各国众多的X射线望远镜中，慧眼妥妥算上乘了，是全世界灵敏度和分辨率最高的硬X射线望远镜。这不算啥，作为慧眼的继任者，由中国领导的大型国际合作空间项目“增强型X射线时变与偏振空间天文台”预计2025年发射升空，到时候就是国际领先的旗舰级空间X射线天文台。

迄今为止最详尽的宇宙X射线图，包含了100万个X射线源，数据来自德国eROSITA X射线望远镜的首次巡天任务。

文明所及

最后，咱们为烧钱的天文学找一个硬核理由。

如今这条信息已经跑了大约50光年。如果外星人科技再高一点，能探测到无比微小的无线电信号，那么1901年马可尼进行的横跨大西洋电报试验，就是人类发出的第一个无线电信号，如今这个信号已经跑了120光年。

这就是人类痕迹在宇宙中所到达的最远距离。

咱们侥幸一点，就按50光年算吧，目前在这个范围内发现的类地行星大约50颗左右。在这50颗星球上产生智慧生物，并且该生物具有攻击太阳系的能力和意图，概率实在微乎其微，所以地球人还不用担心。

于是，这条信息继续往前跑，在目的地M13球状星团的范围内，已经发现了五六千颗类地行星，算上还没发现的，少说几万颗起步，这回咱就不敢保证了。

再把基数扩大，据天文学家保守估算，银河系至少有60亿颗类地行星，你想想，地球何德何能成为60亿分之一？几乎可以肯定，银河系里一定还有其他智慧生物。

那么，在接下来的10万年里，可能会有智慧生物收到地球人的信息。这个猜测是有依据的，以目前人类的科技水平，已经可以探测到50光年外的普通雷达信号，如果外星人比我们多发展个两三千年，接收一条几千光年外的电磁波岂不是小菜一碟？

这事儿，咱得未雨绸缪啊！

是寄希望于外星人大爷无私的帮助地球人？还是凭借旗鼓相当的科技水平友好交流互通有无？比如，你想看秦始皇登基的画面，那就找到2200多光年外的外星人，拍下“它们”现在的画面（对它们来说是两千多年前的画面），再通过虫洞和它们交换。

阿雷西博信息已经上路，地球人，留给你们的时间不多了。