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1个月飞行160万公里 韦伯太空望远镜到达最终轨道

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1月25日消息,美国宇航局(NASA)的詹姆斯·韦伯太空望远镜JWST)过去1个月中在太空中飞行了160多万公里,于美国当地时间周一进行了最后一次航向修正操作,终于到达了其最终目的地。现在,JWST将永久停留在那里,并开始履行观察宇宙中最古老恒星和星系的使命。

作为有史以来发射到太空的最强大望远镜,JWST在2021年圣诞节当天发射升空,但由于体积太大而无法以最终形态进入太空,研究人员不得不将其折叠在火箭内发射。到达太空后,JWST就开始了极其复杂的变形和展开动作,以前从未有航天器展示过这样的超能力。然而,JWST的每个部署操作都被执行得天衣无缝,最终于1月8日完成了主要部署,并展开为最终形态。


不过这个过程让任务团队充满了担忧,因为每个步骤都必须按计划实施,一次小小的失败就可能会危及JWST的整个任务。但任务团队的担忧并没有在展开完成后结束,JWST仍然必须进入太空的最后轨道才能恰当地完成任务。如果没有适当地减速,它有可能进入错误的轨道或完全错过目标轨道。这样的失败可能会使任务的未来变得复杂,使科学家与这个耗资近100亿美元的太空望远镜进行沟通变得极其困难。

幸运的是,JWST完美地完成了最后的部署。NASA旗下戈达德太空飞行中心JWST项目经理比尔·奥克斯(Bill Ochs)在声明中说:“在过去的一个月里,JWST取得了惊人的成功,这是对所有花了几十年时间来确保任务成功的人们表达的敬意。”

虽然用了一个月的时间才走到这一步,但JWST并没有花很长时间就将自己引导到了最终目的地。在美国东部时间周一下午2点左右,JWST启动了机载推进器约5分钟。这是JWST完成三次航向修正的最后一次,使航天器放慢速度,以便以非常精确的方式进入其预定太空轨道。

JWST现在围绕着太空中1个看不见的点运行,这个点被称为地球-太阳拉格朗日点。这是个有点儿神秘的空间区域,太阳和地球的引力和向心力在这里达到平衡,使物体能够保持在相对稳定的位置上。JWST主承包商诺斯罗普·格鲁曼公司的高管让-保罗·皮诺(Jean-Paul Pinaud)称:“在重力实现完美平衡的地方,正在进行一场小小的拔河比赛,但还没有人获胜。”

太阳和地球共享五个这样的拉格朗日点,它们散布在地球的周围。JWST围绕着名为L2的拉格朗日点运行,它距离太阳更远。在这个位置,当地球绕着恒星运行时,JWST将几乎同步地跟随着这颗行星,就像一个恒定的伴侣,总是在与地球相对的同一位置上。无论地球围绕太阳运行在哪里,JWST都保证距离我们大约160万公里。

JWST围绕L2运行的轨道实际上相当宽,大致相当于地球和月球之间的距离。但如果没有外力帮助,JWST不可能永远保持在这个轨道上。L2是所谓的“伪稳定轨道”,也就是说,围绕这个位置运行的物体有向1个方向漂移的趋势。

因此,JWST在其整个生命周期内将不得不对其运行轨道进行小幅调整。每隔20天左右,望远镜就会启动推进器两到三分钟,以确保它保持在预定轨道上。最终,这些调整将决定JWST能在太空中保持多长时间的活跃状态。当推进剂在未来10到20年内耗尽时,望远镜的任务就会结束。

这看起来可能是个相当复杂的位置,需要付出大量额外的努力才能保持JWST的稳定。但出于各种原因,L2对JWST来说是最具吸引力的地方,也许最大的优势在于它与地球和太阳的距离。JWST可以收集红外光,这是一种与热有关的光。由于这种设计选择,望远镜必须时刻保持极低的温度。

这就是为什么JWST配备了永远面向太阳的防晒罩的原因,它将反射太阳的热量,使望远镜保持低温状态。不过,如果NASA不小心,附近任何发出热量和红外光的物体都可能扰乱JWST的观测。通过将望远镜放置在离地球160万公里的地方,NASA保证了来自地球和月球的红外光不会干扰或加热望远镜。

从能量的角度来看,L2也很合适,因为JWST的一侧总是面向太阳的。在加热的那一侧,望远镜有个太阳能电池板,不断收集阳光为其供电。其他航天器就没有这样的奢侈设计,如环绕地球轨道的哈勃太空望远镜。每当哈勃在地球的背面运行时,它就失去了太阳的视野,必须将能量储存在电池中。JWST永远不会出现这种情况。诺斯罗普·格鲁曼公司JWST任务系统工程负责人凯尔·霍特(Kyle Hott)说:“我们基本上拥有无限的任务操作能力,而且我们不必担心任何日食。”

在绕地球运行时,日夜不停地转换也会带来很多影响,比如温度的极端波动会使航天器发生碰撞和振动,导致其仪器随着时间的推移而退化。而JWST在其整个生命周期中都将在大致相同的温度下运行。

此外,还有保持持续沟通的好处。由于L2相对于地球总是处于相同的位置,JWST将在任何时候都与地球保持特定的距离。这意味着我们可以经常与望远镜保持联系。霍特说:“我们可以在L2受到地球和太阳的牵引,这样我们就可以和望远镜保持良好的、方便的、持续的通信,这也简化了很多任务操作。”

进入最终轨道为JWST的危险太空之旅暂时画上了句号,也为科学观测铺平了道路。不过,我们还需要等待JWST做好最后准备。在这台望远镜投入使用之前,科学家和工程师很快就会开始精确地对准望远镜的镜子,测试所有仪器,以确保它们准备好收集宇宙中最古老恒星和星系的首批图像。

这个过程将需要几个月的时间,但如果进展顺利,JWST拍摄的第一批图像最早可能在今年夏天传回地球。 (小小)

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