爱读书 探索 韦伯望远镜去往第二拉格朗日点并不是为了保存推进剂

韦伯望远镜去往第二拉格朗日点并不是为了保存推进剂

为什么美国宇航局的詹姆斯·韦伯空间望远镜将在距离地球近100万英里的轨道上运行

美国宇航局之所以要将詹姆斯·韦伯空间望远镜放在距离地球近100万英里的轨道上运行,一切都是为了保持望远镜处于低温的环境。

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这是一幅美国宇航局詹姆斯·韦伯空间望远镜空间站的艺术插图,它将停留在太空中的地日第二拉格朗日点,从太阳的角度来看,这个地方就在地球的正后方。(图源:诺斯罗普·格鲁曼)

美国宇航局的詹姆斯韦伯空间望远镜在很多方面都将比其著名的前辈更加极端,包括它身处的宇宙位置。

耗资100亿美元建造的韦伯空间望远镜比哈勃空间望远镜更大、更复杂、更强大,而后者已经在地球轨道上研究天体超过30年了。

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它也将飞向更远的地方ーー朝着火星方向(非太阳方向)的地日第二拉格朗日点(L2) ,该点距离我们的地球约93万英里(150万公里) 。

拉格朗日点是重力稳定点,在这里航天器或多或少可以“停留”,并且可以在不消耗过多燃料的情况下保持同样的相对位置。但是韦伯望远镜去往第二拉格朗日点并不是为了保存推进剂,而是为了在那里保持低温的环境。

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韦伯望远镜能够使用红外线(IR)观测宇宙,而红外线这种长波长的电磁波具有热效应(相比之下,哈勃主要在可见光和紫外光波段拍摄)。为了接收最微弱的红外信号,韦伯望远镜的科学仪器必须保持极端的低温状态,所以这个望远镜有一个五层的遮阳板,当它完全展开的时候,将有一个网球场那么大。

但是,如果遮阳板背对太阳,它就无法提供必要的保护,这时第二拉格朗日点的作用就彰显出来了。

“这个轨道的特别之处在于,它让望远镜在绕太阳运行时与地球保持在一条线上,”美国宇航局工作人员在一篇解释第二拉格朗日点的文章中写道。

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他们补充说道:“这使得卫星巨大的遮阳板可以保护望远镜不受太阳和地球(以及月球)的光和热的影响。”“这就是为什么将望远镜设在第二拉格朗日点的原因。”

如果一切按计划进行,韦伯望远镜的仪器将在零下370华氏度(零下225摄氏度)左右工作。与此同时,韦伯望远镜温度较高部分的太阳能电池板、通讯天线和其他非科学设备的温度将在185华氏度(88摄氏度)左右。

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“望远镜冷热两侧的温差非常大ーー你几乎可以在热的一侧烧开水,在冷的一侧冻住氮气!”美国宇航局工作人员写道。

韦伯望远镜放置在第二拉格朗日点的距离突出了其与哈勃望远镜另一个关键的区别。老式的哈勃望远镜被设计来服务于太空行走的宇航员,他们在1993年到2009年之间对哈勃望远镜进行了五次维修和升级。其中第一个任务尤其重要,它修复了哈勃望远镜主镜上的一个缺陷,这个缺陷导致望远镜最初拍摄的图像非常模糊。

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但是第二拉格朗日点距离地球有93万英里之远,以至于无法送宇航员过去,所以韦伯望远镜——其主镜有21.3英尺(6.5米)长,几乎是哈勃望远镜的3倍宽——将独自在第二拉格朗日点上运行。

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拉格朗日点与地日系统的关系图(图源:NASA/WMAP科学小组)

韦伯望远镜需要在发射后的30天才能到达目的地。一旦进入第二拉格朗日点的轨道,韦伯望远镜将绕着这个点旋转并进行全面检查,而不是简单地停留在上面。此后,这架望远镜将开始一场前无古人且内容丰富的观测活动。韦伯望远镜将研究宇宙中最早的一些恒星和星系,嗅探附近系外行星的大气,寻找可能存在生命的迹象以及许多其他的任务。

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韦伯望远镜不是首个在第二拉格朗日点停留的宇宙飞船。在那里运行的还有美国宇航局的威尔金森微波各向异性探测器望远镜(从2001年到2010年) ,欧洲航天局的赫歇尔太空望远镜(2009年到2013年)和普朗克探测器(2009年到2013年)。

还有一些其他探测器在距离地球朝向太阳方向93万英里的地日第一拉格朗日点工作过。这些探测器包括美国宇航局和欧洲航天局合作的太阳及日光层探测仪,以及美国国家海洋和大气管理局与美国宇航局合作的深空气候观测台。

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拉格朗日点总共有五个,L3虽然与 L1、 L2在一条直线上,但在太阳的另一面。而L4和 L5则在地球轨道上,分别在地球前方和后方60度。

BY:Mike Wall

FY:蓝多多

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