【251】【小茉喜歡的一期】目前最清晰的宇宙照片，來自詹姆斯韋伯空間望遠鏡
24:21 Share

二大号我是老高咱们今天来讲詹姆斯韦伯空间望远镜这个望远镜是去年 12 月 25 日发售到太空的一个最新的空间望远镜简称叫 GWST 我就只记得哈勃

那很正常大部分是基达哈勃哈勃是 1990 年发射的到今天已经工作了 32 年了原本哈勃望远镜预计使用就是到 2010 年为止在它退休之前要把詹姆斯维吾尔望远镜发射上去结果詹姆斯维吾尔望远镜因为各种原因不断的推迟一推迟就推迟了 15 年所以哈勃望远镜被迫又多工作了 15 年但是它可以多工作 15 年

其实已经到极限了事实上哈佛网已经在去年进入了安全模式就上面大部分功能已经不能用了

那么詹姆斯旺也不仅仅是供期推迟他的预算也在不断的涨从最初的 5 亿美元预算涨到了现在 100 亿美元通货膨胀不仅仅是通货膨胀其实这有一个历史背景这 5 亿美元的预算是在 1996 年给出来的那个时候美国不太想往 NASA 投钱觉得 NASA 太费钱了所以提出了一个叫 FBC 的口号叫 Faster Cheaper Better

就是准备以麦当劳的原则来造宇宙飞船或者是望远镜不过这个韦伯望远镜是最新技术的望远镜这个 FBC 原则不适用所以这个预算后来就不断的往里填最终花了 100 亿美元也就是说正常它就在花这么多只是那个时候没有这么多预算而在韦伯望远镜迟到了这 15 年里 NASA 就不断的对这个哈勃望远镜进行了维修让它勉强工作到了去年哈勃望远镜第一次修是在 1993 年的时候

它那个镜片出现问题了照着东西特别的模糊后来上去修好了这个镜片就变得很清晰了其实这个哈勃望远镜和詹姆斯韦伯望远镜是完全不同类型的望远镜哈勃望远镜是一个可见光望远镜就是它拍到的东西和我们肉眼看到的差不多比我们更强大些看的更远一些但是詹姆斯韦伯望远镜是一个红外线望远镜它能看到我们看不到的东西反倒它看不到可见光

它是为了一个特殊的目的而设计的就是寻找第一代的恒星我们在宇宙的一生中曾经有介绍过第一代的恒星应该都不存在了但是呢它们的光应该留在宇宙中应该能观测到也就是说我们应该能看到它活着的样子只是它现在应该不在这一代的恒星啊大概都是宇宙大爆炸之后一亿年到四亿年左右产生的

当时宇宙状况只有一种元素就是氢然后这些恒星把这些氢不断的聚合生成了各种其他的元素然后死的时候又有一个超新星大爆炸把这些所有的新的元素推送到宇宙各处形成了星系 形成了你我所以如果能观测到这第一代的恒星的话对我们了解宇宙的形成生命的形成可能有很大的帮助而且它至少可以从侧面证明宇宙大爆炸这个模型是对的它有这么第一代恒星的代身吗

现在找不到就不知道有这个弹声一旦找到了就知道我们当初猜测的模型有可能是那么第一代恒星距离我们都非常的遥远所以他们发出的光就只剩下红外线

于是就把詹姆斯韦伯网已经设计成了红外线网才能看到它们发出的光为什么只剩下红外线是这样的宇宙观测中有个非常重要的原则叫做红移就是不管什么星它都发出白光的话远离我们的星它这个白光就会变红离我们越远就越红反倒离我们越近就越蓝它有这么一个特点通过这个原理我们就能知道这些恒星距离我们的远近也正是通过这个原理 100 年前哈勃发现了我们这个宇宙正在加速的

因为天空中所有的星系都在红他们都在远离我们而去而第一代星距离我们非常的遥远它这个红仪都不是红的问题了都到红外线这个区域所以只能有红外线望远镜才能看到目前我们观测的距离我们最遥远的星系是一个叫做 NGZ11 的一个星系它的光到达地球需要 134 亿年而它距离我们的实际距离应该是 320 亿光已经在可视范围之外了

尾波望远镜可以看得比这个更远所以它完全有机会找到比这更古老的星系当然红外线还有一个好处就是红外线的穿透力特别的强星系中是充满了星云的即使是我们银河系内部距离不是那么远的地方由于星云的阻挡我们很多东西看不见但是红外线就能穿透出来比如说这个是我们用肉眼看到的银河系中间都是黑的但是用红外线来看的话银河系就是这个样子所以被星辰挡住的部分其实后面都是亮的

只有红外线来看因此韦伯望远镜坐着红外线就是又看得远又看得透詹姆斯韦伯空间望远镜的这个詹姆斯韦伯是 NASA 第二代局长的名这个人是美国最早载人计划水星计划时期的 NASA 负责人也是他说服了肯尼迪实施了登月计划所以是个非常重要的人美国人非常喜欢给望远镜命上人名现在他望远镜都叫人名这是他们的传统其他国家不太这么做当然一般命名的都是已经过世的人

如果活着人被命而命这个望远镜一旦出了什么问题就不太好是吧说詹姆斯韦夫要掉下来就不好了这个望远镜上最贵也是最重要的一个组件就是它这个反光镜这个镜子就能把宇宙中极微弱的红外线反射到它里面的感光仪器上面呈现为了实现更好的效果这个镜子越大越好但是镜子大了有一个问题就塞不到火箭里面去

所以它必须折叠而且镜子大了之后对它的刚度要求就高了不能易碎受冷受热都不能变形还要结实能够抵挡住运载火箭运载它的时候强烈的震动所以这个镜子整体会非常的重再加上镜子展开之后每一面小的镜子都要能够灵活的控制所以镜子后面仪器的重量就有镜子重量的十倍为了减轻镜子的重量就不能用一般的我们镜子后面的水

最终他们是选择了一种最轻的金属来做镜子就是四号元素皮属于宇宙中非常罕见的元素但是在地球上有很多皮的天然化合物最有名的棕木绿没错果然你还了解一点棕木绿就是皮的话还有一个特别增加成本的事情就是这个镜子做的时候一般就要做好多份就同样的镜子要做好多份为什么当初哈勃望远镜就同时做了两份因为做一个镜子要五年

你做完五年发现不能用重新做就来不及了所以让两个厂商用不同的技术就两个一样的镜子最后是哪个好用哪个另一个用不上但也得美待这个镜子也是一样在做很多啊微波望远镜子是由 18 块直径 1.32 米的六边形镜子组成整体直径是哈勃望远镜的三倍这个镜子是美国科兴的公司用一年半的时间研磨出来

皮这种金属本身是银白色的但是大家看到这个镜子是金色的因为上面镀了金目的是为了让这个镜子只反射金色也就是黄色以上波长的一些光线就黄色红色红外线这样所以根本上它不能像哈勃望远一样拍摄正常人眼的看到这种景色除此之外 NASA 在镜面上镀了一层非常硬的膜因为宇宙空间中有很多飞沙走石有的毫米级的小陨石飞行速度达到每秒 10 公里

就是步枪子弹十倍以上的速度会打在这个镜子上打上去你不能碎啊也不能有划痕都不行事实上尾波望远镜从发射到现在已经过去了八个月已经经历了五次撞击其中四次都没什么事但是有一次呢在上面装了一个坑这个坑啊对它的观测精度就会有影响但是镜子后面有很多高级的马达能微调整现在说是用这个马达就可以把它这个误差给调整过来还可以继续用不然这个镜子就废了呵呵

一尾一就没了为了让这 18 面镜每一面镜子都可以精密的移动所有镜片后面都安装了 7 个高精度的马达让这个镜片能够每次移动 5 纳米

特别的精密还有大家注意镜子前面有一个像接触器这个东西其实这也是一面镜子采集下来的光线经过四次的反射才能进到镜子后面的仪器里面去真正的感光元件在镜子的后面镜子的后面有很多重要的仪器其中最重要的一个就是一个近红外线照相机这四块就是四个感光元件每个大概是 2K 的解析度近红外线是最贴近红光的一种红外线就是我们刚刚好看不见的一种红

这个照相机完全一样的有两组在后面都可以单独运作一个坏了另一个还可以继续运作这个感光元件本身没什么特别最特别最夸张的就是这个感光元件前面的快门相机里边都会有一个快门它这四个感光元件前面也都有快门大家有没有看到这快门上有一些脏的黑色的东西其实不是这样放大了之后你看都是一些小窗口这每一个小块都是一个快门

一个小方格里边具有 62000 个快门通常一个相机就一个快门它这一个感光元件前面有 6 万多个快门每个小窗口都能单独控制开关所以上面这黑的地方就是都打开的地方怎么控制开关 NASA 说是用电信号控制就类似于显示器上每一个像素控制颜色就那么精细

为什么要这么多快门每个快门还这么小就是为了观测到特定方向某一个很具体很细节的方向的这个芯快门如果大的话它观测范围就这么大一个角度到了 100 多亿光年之外这个角度就太大了 100 亿光年的所有东西都收集到这一个芯片上那看不清所以就要尽可能的缩小这个快门让它尽可能看得远看得范围狭窄一点就要我们想看的这个部分就可以

就类似于什么没有快门的话它就是个广角而有了快门越小的快门这个越长焦这个快门大小大概是 100×200 微米正好能够通过两根头子除了近红外线照相机之外里面还有个中红外线照相机

中红外线的波长要比近红外线稍微长一点更容易观测更远的星球其实在这个地方有一个问题就是它不只接收红外线红外线就是只要有一点热量就会发出红外线那么它自己本身如果有热量的话它就会发出红外线就会干扰自己的观测所以这个照相机要待在一个特别冷的地方要多冷呢现在它正常运作在那个地方宇宙空间零下 220 度左右这个近红外线照相机就可以正常运作了

但是中红外线就是零下 230 度也可能发出中红外线干扰它的排热所以这个照相机要所在的温度更低多低呢要零下 266 度所以这个照相机带着一个冰箱上去就给它放在一个冰箱里这个冰箱是液态氦的地球上我们要弄个特别冷的东西液态氮液氮是零下 196 度远远不够它要零下 266 度就只能用液态氦液态氦是零下 268 度

就可以保证排除中红外线的干扰让它接收的中红外线都是从宇宙空间传来人吸入了氦气之后会变生大家可能见过那种变生气体但是大家一定要小心因为吸多了会窒息非常危险外面卖的也会卖的话一般冲入了一部分氧气所以还好一点但是有些人他不知道自己弄点氦气就往里吸的话就很容易窒息好接下来我们来介绍一下它如何控制温度让它能保持在那么冷的环境下

大家可能注意到这个望远镜下面有一个像帆一样的东西这个其实是个太阳伞这个照相机是用来捕捉宇宙中极远处的红外线太阳就发出很多的红外线地球也发出红外线为了屏蔽这些干扰的红外线就用到这个帆这个帆永远和它的观测方向相反就能挡住后面的红外线干扰而且有这个帆的存在太阳永远照不到它它就一直很冷就能够保持在零下 230 度左右

这个翻总共是五层结构的每一层格局 90%的热量五层的话基本上就没有热量了长 22 米宽 10 米基本上跟个网球场那么大这个东西我们家里用的锡纸是一个原理的但是它比锡纸结实很多有多结实就是我刚才说的那种每秒 10 公里的小石头撞上去它都不会碎就得这么结实才行

不然的话这个翻碎了但是隔热效果没有了这个镜子就废了由于它也非常的大所以它也需要折叠了之后跟着火箭上去自己展开

太阳散的后面还有一个长 6 米的太阳能板能够提供 2000 瓦电能整个望远镜都是由电能控制的这个电力就来自于太阳能板旁边这个看上去也像太阳能板这个就不是太阳能板是散热片因为望远镜非常怕热所以安装了很多的散热片对了我刚才说望远镜进入太空之后镜片也好太阳散也好都需要展开这展开需要花一个月的时间一点点展开一个部分一个部分的展开

为什么呢因为一个部分展开了之后需要确定一下它能不能工作再展开下一个部分但是任何一个展开不能正常工作这个东西就废了就变成垃圾了而这种一下子能够要他命的叫单一故障点总共有三百个它最先展开的就是太阳能板太阳板一展开不能供电垃圾了

其次展开的是一个地面接收器一展开不能接收信号垃圾了第三个展开的是一个帆如果有一半帆展不开或者是有一层展不开可能就垃圾了就是这样的当然为了让它不变成垃圾 NASA 工作人员已经在地面上进行了无数次测试因为它一旦发射上去就没有办法修理了 110 就走了 110 就没了花了那些年的时间都没了它为什么没办法修理因为它距离我们太遥远

它在哪可能很多人不知道它比月亮远很多距离地球 150 万公里月亮距离地球 38 万公里所以是四倍远现在人类去过最远的地方就是月球所以比月球远四倍的距离我们没去过没有办法修理这个望远镜最终停留的地方叫做拉格朗日点 2 就是一个重力平衡点

重力平衡点就是它只要待在那个地方就会被太阳和地球同时拉住再加上自己的离心力平衡在那个地方什么都不用干就和地球和太阳保持相对静止这个叫重力平衡其实这是一个散体论就是说太阳和地球周围总共有五个重力平衡点这五个点任何一个地方放入第三个物体这个物体就可以静止在那个地方这五个点就被称作叫做拉格朗日点是 18 世纪的时候拉格朗日和欧拉算出来的

其中 1 号 2 号 3 号拉克兰的点是一个准稳定点就是不是那么稳定的所以这个望远镜去的时候还是带了点燃料的就是一旦偏了它就把自己推回来 4 号 5 号是标准的那为什么不带 4 号 5 号因为 4 号 5 号离地球太远了离地球最近的是 1 号点但是观测不到外面 2 号点是向外观测宇宙最佳点那 2 号点在地球这一面能照到太阳吗能充电吗

果然是厉害啊就是因为撑不到电了所以他到二号点之后他要围着二号点转就是他不在二号点上对他在二号点上就照在阴影里边

就充不了电了所以它绕出去了在外边转它一直在转一直在转就是这个点也可以稳定绕着这个点转也可以都可以稳定这需要很多能量不需要能量因为那是一个重力平衡点任何重力平衡点都可以围着那个地方转当然这个转必须是垂直你这个重力方向的不然的话你就被太阳吸走了

但一直都有阳光一直有阳光它不能没有阳光虽然它更喜欢待在没有阳光的地方那个地方更冷了但是它要充电这望远镜不是美国发射的是在法国的圭亚纳航天中心发射的这个项目欧洲航天局是出了人力物力和钱

最终它有 15%的使用权什么叫 15%的使用权就是有 15%的时间它可以用这个望远镜这样对美国为什么自己不发射是因为他们有那么大的运载火箭

他早都不造火箭了造火箭很浪费钱都给伊隆马斯克了伊隆马斯克的火箭送不到那个地方只有欧洲人叫 A5 火箭那么大个儿才能把它送去詹姆斯韦旺已经自发射以来到现在已经过了八个月了也已经正式开始运作了拍了一些照片了这些照片一出来就引起轰动了这张是他在测试期间照了一张

5 月份的时候照的照了一个距离我们 16 万光年的一个星系这个星系很小是银河系的二十分之一以前的红外线网已经拍出来就是这样的它拍出来是这样的差距一目了然由于它是红外线拍摄所以整个照片发红正式运作之后 7 月份发布第一张照片是在 7 月 11 号由拜登亲自发布的

就是这样的照片这个是微博望远镜拍摄的一个叫做 SMACS0723 的星系群的照片这上面每个点都是星系星系有上千个星系组成的星系群这个星系群的光线传到地球要 46 亿年而它距离我们实际距离大概 51 亿光年那我们看到的就是 41 年前

对 46 亿年前的这个星系的样子上面有很多点有的亮有的暗这暗的就离我们远一些亮的离我们就近一些其中距离我们最远的一个星系在这儿一个小红点以前都看不到的距离我们大概 131 亿光年像这种距离的星系用哈勃望远镜是完全看不到的微博望远镜一出来直接看不到没有拉彩了当然哈勃望远镜也能拍到一些微博望远镜拍不到的东西拍近处的哈勃望远镜更好

这个是当年哈勃拍的同一个星系圈差距就比较大了对不对这个清晰度提升最大的原因就是它这个镜子更大理论上去镜子越大越好但是就是松不上去现在能松上去最大就这么大而且大家可能注意到哈勃往前拍这个星的星芒是十字形的

韦伯瓦隐形拍的是六角形因为韦伯瓦隐形是六轮形的镜片哈伯瓦隐形是圆的但是哈伯瓦隐形镜片后面有个支架是十字形的就支一点点的影响就会造成星芒不一所有星星都是四角对这边都是六轮哈伯伯拍出来的还有绿色的对其实都是有颜色的这个清晰的照片是用近红外线往远景拍的他用中红外线也拍了一张

这个中部外线上面颜色更清晰但是每个星就没那么清晰颜色清晰就好判断距离红的远 蓝的近里边有绿的绿的是怎么回事呢就是上面可能有碳氢化合物就说可能有生命绿色的就有可能有生命这样照片有点中心的圆形的扭曲

这个是重力造成的就是很远的光线传过来中间有个很大的星系就把那个光吸不完了所以看上去就像一种扭曲一样能排到重力就像黑洞周围的光线形成一个弯形一样

当然这个韩国望远镜不仅仅是拍摄清晰度差距很大哈伯望远镜拍这张照片用了 10 天的时间而韩国望远镜只用了 12 个半小时那么詹姆斯韩国望远镜展示的第二张图片是这张图片以前哈伯拍的是这样的这张照片拍摄了叫米斯特拉尔星云的一个部分就这个部分

这个大图是智利的拉希拉天文台拍摄的对了今天给大家展示一些漂亮的图片大家在 NASA 的官网上都可以下载到原始大小像这个星云的照片原始图片有 14577×8441 像素一张照片就 136.99 兆这个也好漂亮这个照片拍摄的叫史蒂芬五重星系五个星系 12345 这是两个星系对这两个星系正在相撞

像我们要核心理性对一样的它俩不仅撞和这个星系还撞的所以周围会有这么一道这一道就是它俩的星云撞在一起之后不断产生新的星就形成一串亮可是这个也都是四盲星没错这张是哈勃牌微博牌的是这样你注意到关键了你没给我看这张的时候我看那个已经很美了是吧很美了它颜色更好一点

因为它能拍到更漂亮的颜色它的颜色怎么和那两个不太一样哈勃拍的时候这个是冷色系的另三个都是暖色系的金色对颜色清晰的话更容易拍到远近就在发蓝靠近我这四个更远一些事实上也是这样最左边距离我们只有 4000 万光年而右边的四个距离我们有 21900 万光年但是微波望远镜拍的就看不出远近了

所以要用中外线来去看在这个地方给大家介绍另一个判断星系年龄的方法就是这个星系里边如果花纹就纹路越多的话它就越年轻那离我们近这个算花纹多的对花纹多的比较年轻而最下面这个就很老为什么呢就老它比较稳定它不产生新的星而花纹就是不断撞击产生的新的星所以非常年轻的星系

这张图是一个叫做 NGC3132 的行星状星云这个星云距离地球只有 2000 光年这个是哈勃拍的这个是美国拍的是的

看出来了从星旁看出来了这个星云之所以受到关注是因为它和太阳的末日形态是一样的就太阳最后死的时候一爆就爆成这个样但是它和太阳有一点不一样就是它中心其实有两颗星这个用近红外线就看不出来用中红外线就看不出来一个红星一个蓝星一个年轻星一个老星它俩纠缠在一起我们以前讲过说宇宙中像太阳这种只有一颗恒星的星系其实没有那么多大半都是这种连星的

就是像三体一种的比较多像咱这种比较少最后介绍这个是一个普通的行星这个微波望远镜最牛的地方就是它其实红外线不是可见光所以你这个星球不发光也没关系不一定是恒星我才看得见行星我也看得见这颗行星叫做 WASP96 距离地球 1140 万年个头比木星稍微大一点质量是木星的一半这颗星距离它的太阳非常的近是有 678 万公里距离它的太阳对

它也围绕一个恒星转你是它的太阳它距离它的太阳特别的近有多近呢是水星距离太阳的十分之一就是紧贴着这个太阳在转所以它旋转的速度非常的快

它一年转一圈只有三天这个三天是指地球天就是我们的地球过三天它就已经转一圈回来了难以想象由于它和恒星距离特别的近所以表面温度有一千度因此 NASA 一直认为上面是不可能有水的但是詹姆斯·雷伯旺已经看了之后说上面有水怎么知道的就是发现了水的光谱

就说明它上面可能有水蒸汽在这个地方我们就要说一下詹姆斯韦伯望远镜特别擅长发现水和这种碳氢化合物所以天文界特别期待它能够发现地白水是先我们介绍一下它是如何把这些照片传到地球的

它上面搭载了一个 58.9Gb 的缓存它每天拍照片都存到缓存里面然后发到地球上去它每天可以向地球发送 55G 的数据美国为了不尖锻的从它上面接收数据于是在加利福尼亚和澳大利亚的坎贝拉七班样的马德里分射了三个深空网络接收天线这三个正好把地球所有范围覆盖了所以地球不管怎么自转都有一个接收器冲着望远镜就可以接收它上面的数据

接收的所有数据都会发送到美国宇宙望远镜科学研究所进行核诊形成刚才那些照片这个望远镜的设计寿命只有五年但是 NASA 希望它能用上十年它只能用五到十年对对设计寿命没有那么长而下一代望远镜已经设计好了也是一个红外线望远镜名字也有了叫做罗曼空间望远镜罗曼叫南希格雷斯罗曼是 NASA 第一位女性首席天文学家也被称作叫哈勃之母

就是哈勃望远镜主要是他领着项目组去设计登月那个时候他就是首席天文学 2018 年圣诞节礼事抢年 93 岁这个望远镜预计会在 2025 年发射成功所以 NASA 真的是一个很有梦想的一个地方是不是你看了这个之后就觉得人类特别的渺小是啊其他什么都不是事对啊所以你就把那个星云是什么重量了对哈哈哈哈

好