2021年12月25日，NASA航天局的詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）搭载阿丽亚娜五号火箭顺利发射升空，并于次年1月24日成功抵达预定观测位置。

这个人类史上的最强太空望远镜，集结了20个国家持续25年的心血投入，成千上万名科学家通力合作，而它的升空，也肩负着人类探索宇宙起源与找寻系外行星的伟大使命。

而韦伯最引人注目的，莫过于那总面积24.5平方米的18面六边形金色主镜，看起来金光闪闪贵气逼人。要知道韦伯望远镜的造价经费已经超过了100亿美元，折合6.5吨的总质量，换算下来每克的单价已经超过1万元人民币。这个全球最贵望远镜，究竟使用了多少黄金？升空运行两年有余，它又为人类带来了什么新发现呢？

1990年4月哈勃望远镜发射升空，作为哈勃的替代者，或者说是继任者，韦伯空间望远镜承载着人类更强烈的太空探索欲，驶向了浩瀚无垠的太空。

与哈勃最大的不同是，韦伯能观测到0.6-28.3微米的橙色光到红外线频段，而哈勃主要观测的是0.1～0.8微米间的紫外和可见光。那些更遥远的星体只能通过红外波段进行探测，哈勃所拍摄的宇宙是完全相同的，科学家们已经围绕着这些别无二致的宇宙照片盯着研究了几十年，他们需要观测到更远的的未知领域，而韦伯的问世能很好的肩负起这个责任。

韦伯望远镜的任务主要有四个方向：1.寻找135亿年前的宇宙首批诞生星系。2.观察恒星、行星系统的形成。3.研究星系演化进程。4.测定行星系统的各类型值，研究其他行星的生命存在迹象。

从概念诞生、着手建造到组装测试、最终发射，韦伯耗时整整20余年之久，上万名工程技术人员累计投入4000万小时，总耗资100亿美元，才打造出这跨时代太空望远镜。

光学望远镜模块是韦伯的主要结构，它由主镜、次镜、三级反转镜和控制装置等部分组成。形象说明，该结构就好比韦伯的眼睛，原理是三镜消像散望远镜：光线由主镜汇聚并反射次镜，次镜传递给三级反射镜中心，再通过精细转向镜传递给综合仪器进行最后的接受处理。

望远镜最核心的部分就是镜片，其口径大小与观测能力直接形成正比。韦伯所搭载是一面直径6.5米的镀金铍质反射镜，总面积为25.4㎡，与哈勃相比，面积提升了6倍以上，镜片口径从2.4米提升至6.5米，集光面积也由4.5㎡增加到25.4㎡。带来的效果提升有多么显著呢？哈勃所拍摄的“超深场”图像，需要固定朝向，一动不动的静止16天才能捕捉到片刻微弱图像，而韦伯只需要短短7小时的拍摄就能达到相同效果。

至于质量材质方面，韦伯选用了金属铍作为主材质，它具有低密度、高硬度、热膨胀系数低的特性，不会发生多余的热胀冷缩，完美契合了韦伯望远镜需要保持精确形状的需求。在铍元素的加持下，整个韦伯太空镜的主镜重量也只有705公斤，反观使用传统石英玻璃打造的哈勃主镜，重量则高达825公斤。

可为什么韦伯主镜看起来金灿灿的呢？这是因为铍虽然强度高、重量轻，但自身不具备反射性质，一面镜子不能反射就本末倒置了，于是科研团队就想到了黄金。黄金对红外光谱有着绝佳反射性，并且属于惰性金属，长期在太空使用也不会发生变色失去光泽。

于是科学家利用气相沉积技术，将镜子完全处于真空环境，接着将少量金蒸汽注入到真空室，镜子表面就会缓慢沉积一层金原子。这个金原子图层厚度为100纳米，大约相当于头发丝的1/500，整个望远镜的黄金用量也只有48.2克，可能还没有各位看官脖子上的金链子重。

主镜又为什么要设计为18边形呢？主镜展开宽度高达6.5米，对于运载火箭是个巨大的挑战负担，科学家必须将主镜分割为18块正六边形，发射前折叠放入火箭，发射完成后再进行展开。

为确保主镜展开过程中，不会对观测精度造成损失，科学家对每块镜片都单独设计了6个电动致动器，让18块小镜子都能单独旋转调节焦点，最极致的调整精度甚至达到了10纳米，是头发丝的万分之一。

6.5米：2.4米，这是韦伯和哈勃的口径比，韦伯需要观测更远的恒星，距离越远越为黯淡。举个例子，如果将一个5瓦小灯放在月球，韦伯需要观测的恒星亮度，大概只有这个月球小灯的1/20。理论上，望远镜的口径应该是越大越好，但相应的成本也会随之飙升，这已经是成本和科研之间的最佳抉择。

最后便是选址，物体温度越高，向四周辐射出的红外线也就越多。韦伯的温度过高，自身散发的红外线就会这盖住遥远星系的微弱红外光，因此韦伯的望远镜模块需要在—233摄氏度以下的极端低温环境工作。

为了实现这个目标，科学家先是在望远镜旁边打造一个网球场大小的遮阳板，它是由一种名为卡普顿塑料的材质制作，上下分为五层，每层涂有100纳米厚度的铝涂层。如此一来，遮阳板便具有绝佳反光镜，能反射大量热量。

寻找观测位置是重中之重，这个位置一定要远离太阳辐射，地球和太阳之间共存在5处引力平衡点，韦伯选择了地拉格朗日L2点作为观测位置，该观测点能确保韦伯镜面完全背对太阳，来进行长期观测工作。

唯一劣势就是地拉格朗日L2点距离地球远隔150万公里，而哈勃望远镜间距地球也不过575公里，可以随时进行维修，就比如哈勃发射之初就出现了主镜聚焦问题，最后还是宇航员专门抵达太空进行维修。韦伯显然就无法进行如此便利的维修工作，成与不成完全是一锤子买卖，万幸的是最终发射任务圆满成功。

太空望远镜其实也可以理解为时光机，因为我们观测遥远星系时，实际上看到的是它过去的状态，在此我们以光年为单位。

目前宇宙离我们最近的星系是大犬座矮星系，距离我们2.5万光年，我们观测到的也就是它2.5万年前的样子，这是一种很奇妙的感觉，韦伯望远镜极限观测距离是130亿光年，而宇宙年龄大概就是137亿光年，也就是说，宇宙诞生第一批恒星所发出的微弱红外光，兴许能通过韦伯望远镜被我们观测到。

通过韦伯望远镜，科学家们观察到了更为清晰的太阳系照片，从中发现了木星上的高速急流、土星的全新视角、天王星的惊人图像。在婴儿宇宙中发现了巨大而神秘的星系、超大质量黑洞、最早的星系Maisie星系、传说中的暗星。

就在6月20日，韦伯望远镜还成功捕捉到了至今最古老遥远的超新星图像，这颗超新星历史最早可追溯至宇宙大爆炸18亿年后，有助于科学家去探索揭示宇宙进化的奥秘。

未来韦伯望远镜会持续为人类带来一个个崭新的重大发现，宇宙之奥妙浩瀚无穷，有待我们去细细探索，追寻宇宙进化的历程，解答其中的未解之谜。

参考资料：

科幻世界杂志社：韦伯太空望远镜的秘密：它是怎样开启了天文新时代的？中国科普博览：韦伯望远镜发射！单价比黄金贵20多倍，科学为何这么“烧钱”？潮新闻：耗资100亿美元的韦伯望远镜，到底有多牛？