100亿美金打造韦伯望远镜，为什么能够揭示宇宙之初？

为什么韦伯望远镜要飞那么远？

韦伯望远镜将被发射到距离地球150万公里的太空中，这个地方被称为“地日拉格朗日L2点”。月球与地球的平均距离是38万公里，相比之下，韦伯望远镜要远4倍！

哈勃是可见光望远镜，基本上我们人眼看到的是啥，望远镜拍下的就是啥；韦伯是红外线望远镜，它主要接受红外线波长的光——比红更红，一种我们人眼看不见的“红”。

根据物理学理论，宇宙中所有的物质都有温度，都会向外发射光子。只有温度足够高的物体才向外发射出可见光，我们的眼睛能看见这些光子。更多的物体会发射出红外线，我们需要使用红外线敏感器才能探测到它们。

詹姆斯韦伯望远镜就是一台用于探测宇宙红外光的设备，它上面的传感器极其灵敏，可以区分极小的温度变化，从而发现上百亿光年外传来的微弱光线。

就像我们白天看不见星星一样，不是星星不在那儿，而是太阳光线太强，它的光子在大气层中散射，淹没了暗弱的星光。地球和月球也会发出红外光，离地球越近，它对韦伯望远镜的干扰就越大。怎么办呢？科学家要让望远镜尽量远离地球和月球，并且用隔热层挡住太阳光，将干扰的热辐射降到最低。

那么，将韦伯望远镜送到地日拉格朗日L2点，是因为那里足够冷吗？并不是。

相对与太阳的距离而言，150万公里带来的温度差几乎可以忽略不计，选择L2点一方面是这里能避免地球月球热辐射的干扰，另一个重要原因是这里处于太阳与地球力学稳定区域，航天器不需要消耗太多燃料就能很长时间“漂浮”在这里。韦伯在地日引力作用下绕着L2点运动。

为什么需要在红外光线区间工作？

哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）于1990年4月发射，是一代有开创性的太空望远镜。

过去30年中，哈勃太空望远镜为我们提供了最重要的宇宙图像，如著名的创生之柱（Pillar of Creations）和被称为哈勃超深空（Hubble Ultra Deep Field）的近万个星系的图像。

韦伯望远镜的设计是为了超越哈勃看到宇宙的更深处。

尽管哈勃预计还将继续工作十年或二十年，但装备和设计更加精密先进的韦伯被认为是未来担当探索太空重任的继任者。

哈勃与韦伯的主要不同：

哈勃设计目的是收集可见光和紫外光，只有有限的红外光能力。韦伯望远镜收集红外光（IR）；
哈勃望远镜直径 2.4 米，韦伯望远镜直径 6.5 米，有更大的集光区，也就意谓着韦伯可以比哈勃看得更深更远更早；
哈勃在非常接近地球的轨道上运行，而韦伯将在150万公里之外。这是地球离月球距离的四倍。

下图表明，同样的画面，红外光能看见更多的细节。
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红外光能让我们看到宇宙诞生之初？

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霍金说，宇宙是从一颗比原子还小得多的点爆炸而来，经过大约138亿年的演变，就变成了我们今天所见到的样子。

天文学家说，韦伯将检验宇宙全部数十亿年的历史——从第一批恒星到太阳系中的生命。美国宇航局局长比尔·纳尔逊称这架望远镜是“通往过去的钥匙孔”。

韦伯太空望远镜受光面积是哈勃的5倍，同时可以在近红外段工作，可观测光谱波长达30微米。这意味韦伯不但可以看到更古老的星系，也就是宇宙诞生2亿年时的情景，而且还能穿透过宇宙尘埃，看到背后的奥秘。

但是为什么可以看到过去？时间能够倒流吗？
简单来说，因为宇宙在不断膨胀，而光速有一个极限值，我们现在看到的来自远方的光线其实是过去的发出的光线。光线旅行1年的距离，称为光年，是宇宙中的距离单位，1光年将近10万亿公里。

比如，距离地球100亿光年的天体诞生之初就发射的光线，我们今年才能看到。反之，如果我们捕捉的光线来自100亿光年距离的天体，正好是100亿年前的发生的事件。宇宙的生命大概是130多亿年，因此如果我们能够观察足够远的天体发射的光线，正好能够看到宇宙之初发生了什么。

目前为人们所知的宇宙最古老的光是GN-z11星系发出的。根据测算，该星系距离地球134亿光年。
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问题是如何知道我们接收到的光线来多远的距离？
答案是光谱分析法！当我们观测天体时，它们发出的光的谱线并不是在标准波长的位置上。所有谱线的坡长都加长了，也就是说谱线是向红端移动的，这种现象叫做谱线红移，它是由多普勒效应引起的。

光线随着时间和距离的变化，它的波长也就是颜色也会变化。而且这种变化是有规律的。当你看到一列火车向你开过来，它的颜色是偏向蓝色的，当然这种变化极微小，人的肉眼是分辨不出来的。这个叫蓝移。如果你看到火车离你远去，它的颜色是偏向红色的，这个叫红移。科学家们观测宇宙的时候，发现几乎所有的天体都有红移，所以才有宇宙大爆炸的理论。当你探测到一束光，记录下它的光谱，过段时间再去测一下它的光谱，根据其变化就知道它来自多远的地方了。