韦布空间望远镜

研发背景

从1996年开始，美国宇航局向全国招标，寻找这个极端精密的新式空间望远镜计划。竞标的四个机构分别是：美国宇航局/戈达德宇航中心、美国TRW公司、著名的洛克西德-马丁公司和美国鲍尔航空宇宙公司。最后，TRW公司经过严格筛选终于夺帅。

詹姆斯·韦布空间望远镜作为美国宇航局史上最复杂的项目之一，其风险是巨大的，和“哈勃太空望远镜”不一样的是，“詹姆斯-韦布”因为距离地球太遥远无法派宇航员进行维修保养，所以它的设计制造必须完美无缺，否则将功亏一篑！未来的系统集成测试中还可能发现未知问题，一旦测试遇到困难，就会导致发射被推迟。如果韦布望远镜能够顺利进入轨道服役，可展示其强大的观测能力。

詹姆斯·韦布空间望远镜项目启动于1996年，起初称为“下一代空间望远镜（Next Generation Space Telescope，NGST）”，2002年改为现名，以纪念美国国家航天局的第二任局长詹姆斯·韦布（James Webb）在阿波罗计划中发挥的关键性领导作用。

“詹姆斯·韦布”这个名字是取自美国宇航局第二任局长詹姆斯·韦布——在韦布担任美国宇航局(NASA)领导人时美国的航天事业掀开了新的篇章，其中包括探测月球和“阿波罗”登月计划等。因此，“詹姆斯-韦布”一诞生，便寄托着人们的厚望。同“哈勃”相比，“詹姆斯-韦布”更大、更精密，能勘测到更远的太空！它口径是“哈勃太空望远镜”的三倍，但质量只有哈勃的一半左右。它是一架没有镜筒的望远镜。

詹姆斯·韦布空间望远镜是美国宇航局、欧洲航天局和加拿大航天局的一个联合项目，也是哈勃太空望远镜的继任者，将成为下一代空间天文台。它将是有史以来建造的最强大的太空望远镜，将提供宇宙中形成的第一个星系的图像，并探索遥远恒星周围的行星。

发射推迟

按原计划，詹姆斯·韦布空间望远镜本应在2007年发射，初始预算5亿美元，但后因预算等问题不断推迟。

1998年，预算扩充至10亿美元，并将发射计划推迟至2008年。

2000年，预算扩大至18亿美元，发射推迟至2009年。

2002年，预算扩大至25亿美元，发射推迟至2010年。

2003年，发射推迟至2011年。

2005年，预算扩大至30亿美元，发射推迟至2013年。

2006年，预算扩大至45亿美元，发射推迟至2014年。

2008年，预算扩大至51亿美元。

2010年，预算扩大至65亿美元，发射继续推迟到2015年。

2011年，预算扩大至87亿美元，发射推迟至2018年。

2013年，预算扩大至88亿美元。

2017年，发射推迟至2019年。

2017年9月，美国航天局表示，詹姆斯·韦布空间望远镜的发射窗口将从2018年的10月推迟至2019年的3月至6月之间。 声明解释说，詹姆斯·韦布空间望远镜及其遮光板的体积和复杂性超过多数探测器，比如仅遮光板释放设备就要安装100多个，振动测试也要用更长时间，所以推迟到2019年春季从法属圭亚那库鲁航天中心用欧洲的阿丽亚娜5型火箭发射升空。

2018年，发射推迟至2020年。

2018年3月28日，美国航空航天局再次宣布韦布在2020年之前不会发射升空。5月6日，受一系列技术问题的困扰，JWST的最新发射日期已经被推迟到2020年。6月29日，据国外媒体报道，哈勃望远镜的“接任者”詹姆斯·韦布空间望远镜将推迟至最早2021年3月30日发射。

2019年，因新冠疫情，发射推迟至2021年，预算追加到97亿美元。

2021年10月12日，詹姆斯·韦布空间望远镜成功抵达位于南美洲的法属圭亚那，原定于12月18日在欧洲航天局阿丽亚娜5号火箭上发射升空。11月22日，NASA再次宣布詹姆斯·韦布空间望远镜的发射时间从12月18日推迟到了22日。12月，NASA的詹姆斯·韦布空间望远镜的发射再次被推迟。最新的计划是在2021年12月24日从法属圭亚那升空，比原计划晚了两天。根据韦布团队的声明，天文台和运载火箭系统之间仍然存在通信问题，这是导致此次发射推迟的主要原因。在此之前最近的一次延期是在三周前宣布的，当时NASA报告了运载火箭适配器存在夹紧问题。截至12月18日，詹姆斯·韦布空间望远镜最新完成封装工作，只待正式发射窗口。根据NASA、ESA最新消息，现已瞄准美东时间12月24日7:20（北京时间12月24日20:20）平安夜发射升空。按计划12月21日将转运至发射场。詹姆斯·韦布空间望远镜到达观测位置后，研究人员需再花费5个月对它开展各项检查，预计望远镜2022年6月底前可正式“上岗”。

美国国家航空航天局和阿丽亚娜空间公司于12月21日成功完成了詹姆斯·韦布空间望远镜的发射准备审查。该团队授权阿丽亚娜5号火箭携带詹姆斯·韦布空间望远镜，并开始执行发射任务，但因天气原因，执行中止。当地时间2021年12月22日，美国国家航空航天局称由于法属圭亚那欧洲太空港的恶劣天气条件，原定于12月24日发射詹姆斯·韦布空间望远镜的VA256航班被推迟，新的发射日期为12月25日。詹姆斯·韦布空间望远镜从1996年开始研发至2021年12月25日发射前（25年），因各种原因一直未能升空，被人们称为“鸽王”。

美国东部时间2022年1月8日上午10时15分左右，美国国家航空航天局任务管理人员发出了展开望远镜的命令。10时30分左右，太空望远镜面板被展开。目前，工作人员正在将望远镜面板固定，预计该程序将在美东时间13时30分（北京时间1月9日凌晨2时30分）左右结束。在该程序完成后，詹姆斯·韦布空间望远镜将正式在太空完成部署。北京时间1月9日零点前后，迄今为止人类建造的最贵、最强大的红外波段太空望远镜：詹姆斯?韦布太空望远镜，成功完成了主反射镜最后一部分的展开，并完成锁定。接下来，詹姆斯?韦布太空望远镜将继续飞往周期约 6 个月的拉格朗日 L2 点晕轮 (Halo) 工作轨道；然后，需要进行为期约 5 个月的镜面调校、仪器调试等多项测试工作，最终才可以拍摄第一张画面。2月，美国宇航局发布了詹姆斯·韦布空间望远镜拍摄的第一张照片，这些照片被用来校准耗资100亿美元的天文台。

詹姆斯-韦伯太空望远镜的18个镜面接近完成

在马歇尔航天飞行中心，接受低温测试

这些镜面让工作人员显得很小

詹姆斯-韦伯

发射安排

官方表示，在12月25日当天，目标发射的时间将尽量早于以下几个时间段：上午7点20分至52分之间（华盛顿时间）；上午9点20分至52分之间（库鲁时间）；晚上12点20分至52分之间（世界标准时间）；晚上1点20分至52分之间（巴黎时间）；晚上9点20分至52分之间（东京时间）。

法国当地时间2021年12月25日13时15分（北京时间25日20时15分），美国宇航局的詹姆斯·韦布空间望远镜在法属圭亚那库鲁基地成功发射升空。这次发射使用了阿丽亚娜5号火箭，目前火箭已经进入最终轨道。如果一切顺利，詹姆斯·韦布空间望远镜将在一个月之内进入太阳轨道，大约离地球100万公里。

美国航天局（NASA）当地时间2022年1月24日表示，詹姆斯·韦布空间望远镜已经抵达它的目的地——距离地球100万英里的“太空停车场”。

仪器校准

2022年1月4日，美国詹姆斯·韦布空间望远镜的巨幅遮阳板展开，为将来望远镜开展观测提供必要保障。

2022年1月30日消息，詹姆斯·韦布空间望远镜已经顺利抵达预定轨道，开始正常工作。詹姆斯·韦布空间望远镜的遮阳板、主反射镜均已经打开；正在进行为期 3 个月的镜片校准工作，包括主反射镜在内的多个镜片。

2022年4月3日，美国国家航空航天局的詹姆斯·韦布空间望远镜的反射镜与科学仪器对准的第六个阶段已经结束，以便它们能够创造出最精确和最集中的图像。詹姆斯·韦布空间望远镜完成首次多仪器校准：在中红外仪器（MIRI）继续冷却的同时，成功地将天文台的其他机载仪器与韦布的分镜对齐。

2022年5月2日，IT之家消息，NASA 的詹姆斯?韦布空间望远镜已于4月28日完成了校准，经过全面的审查后，韦布空间望远镜的四台科学仪器能够拍摄到锐利、聚焦良好的图像。

镜面系统

主镜

詹姆斯·韦布空间望远镜的镜面系统包括主镜、次镜和三镜。虽然尺寸相对较小的次镜和三镜也都很有特色，但昂贵的主镜却是结构最复杂的，由许多个子镜拼接而成的。

镜面系统和精密偏转镜（FSM）是由鲍尔航空航天技术公司研制的，该公司是诺·格公司“光学技术和轻质镜面系统”的主承包商。“韦布”的主镜直径高达6.5米，在天基望远镜中绝对算得上是巨大的。

主镜的直径的比发射它用的火箭更大。主镜被分割成18块六角形的镜片，发射后这些镜片会在高精度的微型马达和波面传感器的控制下展开。但是，此法不会跟凯克望远镜一样，不必像地面望远镜那样必需根据重力负荷和风力的影响而要按主动光学来时常持续调整镜段，故詹姆斯·韦布空间望远镜除了初期配置之外将不会有太多改变。

主镜的镜面作为全体也形成六角形，聚光部和镜面都露在外面，容易让人联想到射电望远镜的天线。另外，它的主体也不呈筒状，而是在主镜下展开座席状的遮光板。

铍镜衬底

铍镜衬底使所有子镜可拼接成传统意义上的一面镜子。衬底厚度约为5cm，“前”反射面被高度抛光，“后”面被精密加工成比实心结构更轻的“蛋架型”结构。

反射面的表面粗糙度小于20nm，镀上的一层纯金薄膜也是为了提高其反射红外光线的能力。选择铍材料是因其极高的刚性和轻质特性，在“韦布”极寒的运行温度下不易发生形变。

铍传力部件

铍衬底的另一面被安装在三角形、蛋架型的铍传力部件上。每个传力部件长约60cm、宽30cm，可用于分担来自底层结构的负载，来减少镜面失真。

铍三角构架

铍三角构架（BDF）是18块子镜的主要中间结构，三角形的构架宽约76.2cm，连接在作动器与反射镜、衬底或传力部件之间。

作动器

作动器是由精密马达和齿轮构成的精细结构，用于移动和调整反射镜表面形状。作动器可使18块子镜精确排布，像一面整镜一样对宇宙中的某一物体进行会聚成像。

18块子镜各含6台用于移动和转动作动器，全部子镜可利用作动器排布成一面巨大的整镜。另外，每块子镜都搭载一台特殊的作动器，一边直接连接镜背面中心，另一边通过长、薄的铍结构连接镜边缘。每台作动器可使18块子镜拥有完全相同的“曲率中心”，确保它们的焦点重合。

这些镜面作动器是“韦布”众多新发明中的一个。它们能够通过纳米尺度的微小位移使镜面具备最佳的光学性能。另外，这些作动器必须在只比绝对零度高几十度的极端“制冷”温度下运行。

当“韦布”在太空展开并冷却到运行温度后，地面站的工程师们将向所有作动器发送指令来调整所有的镜面，这一过程耗时两个月。随后，一旦“韦布”开始全面运行并进行科学观测，每10到14天就要进行一次镜面调校工作。借助这项新技术，“韦布”将成为首台采用主动控制拼接主镜的天基天文台。

接口柔性部件

底板接口柔性部件（BIF）接口将主镜连接到望远镜底板上，该底板支撑主镜全部的18块子镜。精密加工而成的柔性部件像精致的弹簧一样，可承受从室温到零下190度的温度变化引起的热胀冷缩。

除了这些连接到底板上的，每块子镜上的还有很多这种柔性部件。

支持装置

观测装置

NIRCam 近红外照相机

NIRSpec 近红外摄谱仪

MIR 中红外装置

FGS 精细导星传感器

遮阳装置

詹姆斯·韦布空间望远镜的遮阳装置的SPF值达到100万，能够隔绝任何可疑的外部热源，保证望远镜能获得冷静的观测环境。美国宇航局的工程师已经展开了詹姆斯·韦布空间望远镜的巨型遮阳装置的测试，进展顺利。

巨型遮阳装置面积非常大，接近一个网球场的大小，还有多层结构，美国宇航局在位于加利福尼亚州诺斯罗普格鲁门公司的洁净室中进行了展开测试。巨型遮阳装置不仅需要把太阳光挡在身后，还要有非常精确的定位装置，望远镜上的所有组件都会安装在巨型遮阳装置上，尽可能降低太阳光对观测的影响。来自美国宇航局戈达德中心的研究人员威廉·奥克斯认为，巨型遮阳装置为五层结构，像一把巨大的遮阳扇，可隔绝来自太阳的热量传递。

承担任务

詹姆斯·韦布空间望远镜的主要的任务是调查作为大爆炸理论的残余红外线证据（宇宙微波背景辐射），即观测今天可见宇宙的初期状态。为达成此目的，它配备了高敏度红外线传感器、光谱器等。 为便于观测，机体要能承受极限低温，也要避开太阳和地球的光等等。为此，詹姆斯·韦布空间望远镜附带了可折叠的遮光板，以屏蔽会成为干扰的光源。因其处于拉格朗日点，地球和太阳在望远镜的视界总处于一样的相对位置，不用频繁的修正位置也能让遮光板确实的发挥功效。

传承哈勃空间望远镜

2021年12月25日，万众期待的詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）在“鸽”了全人类14年之后，终于奔向宇宙。哈勃空间望远镜家喻户晓，因为是它是人类望向宇宙深处的第一道目光，向全人类展示了前所未有的宇宙图景。正所谓“老将不死，薪火相传”，NASA一直把詹姆斯·韦布空间望远镜当成哈勃空间望远镜的继任者来培养，视之为人类有史以来最强大的空间望远镜。

首批图像

2022年2月12日消息，美国宇航局（NASA）当地时间周五公布了詹姆斯?詹姆斯·韦布空间望远镜 (JWST) 拍摄的首批图像，代表了该望远镜 18 个主镜部分校准早期阶段的能力。图像中出现的 18 个光点都代表着同一颗被称为 HD 84406 的恒星，由不同的主镜看到。从每个主镜部分收集的光被反射回 JWST 的次镜，然后使用望远镜的关键成像设备近红外相机 (NIRCam) 进行测量。

2022年3月16日举行的新闻发布会上，JWST科学家、美国太空望远镜科学研究所的Marshall Perrin表示，这是有史以来从太空拍摄的分辨率最高的红外图像。

图像显示了一颗名为2MASS J17554042+6551277的明亮恒星。如果校准不够精确，图像中可能会有该恒星的多个副本。但这张图像表明，现在所有镜面一起工作，拍下了一个恒星的单一图像，恒星周围是遥远的星系。

当地时间7月8日，美国宇航局（NASA）公布了詹姆斯·韦布太空望远镜(JWST)拍摄到照片的首批天体名单，包括星系、星云和太阳系外巨行星。

2022年7月11日，美国总统拜登发布了韦伯太空望远镜拍摄到的第一张照片：星系团SMACS 0723。它包含了数千个星系，距离地球46亿光年，是迄今为止拍摄到的宇宙最深的图像。

当地时间2022年7月12日，美国国家航空航天局（NASA）举办新闻发布会，展示詹姆斯·韦布空间望远镜拍摄的第一张全彩色照片。随后，陆续公布了首批彩色相片。

当地时间2022年7月12日，美国国家航空航天局（NASA）发布了韦伯空间望远镜拍摄的首批全套全彩宇宙深空图像。

2022年8月2日，美国航空航天局和欧洲航天局表示，詹姆斯·韦布空间望远镜透过时间和大量尘埃，拍摄到车轮星系的新图像，以前所未有的清晰度揭示了这个不断旋转的彩色圆环。车轮星系位于玉夫座星系，距地球约5亿光年，是两个星系发生壮观的正面碰撞后形成的。

2022年8月，詹姆斯-韦伯最近捕捉到了一张车轮星系的图像，这是由两个星系大规模碰撞而成的另一个星系。这张捕捉到IC 1623和VV 114的最新图像尤其引人注意--不仅两个星系砸在一起的图像看起来有火花，而且也没有黑洞的证据。

太空事件

2022年5月23日至25日期间，一颗微流星体击中了詹姆斯-韦布太空望远镜的一个主镜，但负责操作该望远镜的美国宇航局团队预计这次撞击不会对该天文台的数据产生重大影响。

2022年7月，詹姆斯韦伯太空望远镜因太空微陨石撞击，至少有一个镜像部分遭受了无法完全弥补的损坏。

意义评价

“与其说韦布望远镜是哈勃望远镜的继任者，不如说是相辅相成的合作者。”（华中科技大学天文学系副教授 张华年评）