為什么美國宇航局的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡將在距離地球近100萬英里的軌道上運行

美國宇航局之所以要將詹姆斯·韋伯空間望遠鏡放在距離地球近100萬英里的軌道上運行，一切都是為了保持望遠鏡處于低溫的環(huán)境。

這是一幅美國宇航局詹姆斯·韋伯空間望遠鏡空間站的藝術插圖，它將停留在太空中的地日第二拉格朗日點，從太陽的角度來看，這個地方就在地球的正后方。（圖源：諾斯羅普·格魯曼）

美國宇航局的詹姆斯韋伯空間望遠鏡在很多方面都將比其著名的前輩更加極端，包括它身處的宇宙位置。

耗資100億美元建造的韋伯空間望遠鏡比哈勃空間望遠鏡更大、更復雜、更強大，而后者已經在地球軌道上研究天體超過30年了。

它也將飛向更遠的地方ーー朝著火星方向（非太陽方向）的地日第二拉格朗日點(L2) ，該點距離我們的地球約93萬英里(150萬公里) 。

拉格朗日點是重力穩(wěn)定點，在這里航天器或多或少可以“停留”，并且可以在不消耗過多燃料的情況下保持同樣的相對位置。但是韋伯望遠鏡去往第二拉格朗日點并不是為了保存推進劑，而是為了在那里保持低溫的環(huán)境。

韋伯望遠鏡能夠使用紅外線(IR)觀測宇宙，而紅外線這種長波長的電磁波具有熱效應(相比之下，哈勃主要在可見光和紫外光波段拍攝)。為了接收最微弱的紅外信號，韋伯望遠鏡的科學儀器必須保持極端的低溫狀態(tài)，所以這個望遠鏡有一個五層的遮陽板，當它完全展開的時候，將有一個網球場那么大。

但是，如果遮陽板背對太陽，它就無法提供必要的保護，這時第二拉格朗日點的作用就彰顯出來了。

“這個軌道的特別之處在于，它讓望遠鏡在繞太陽運行時與地球保持在一條線上,”美國宇航局工作人員在一篇解釋第二拉格朗日點的文章中寫道。

他們補充說道：“這使得衛(wèi)星巨大的遮陽板可以保護望遠鏡不受太陽和地球(以及月球)的光和熱的影響?！薄斑@就是為什么將望遠鏡設在第二拉格朗日點的原因?！?/p>

如果一切按計劃進行，韋伯望遠鏡的儀器將在零下370華氏度(零下225攝氏度)左右工作。與此同時，韋伯望遠鏡溫度較高部分的太陽能電池板、通訊天線和其他非科學設備的溫度將在185華氏度(88攝氏度)左右。

“望遠鏡冷熱兩側的溫差非常大ーー你幾乎可以在熱的一側燒開水，在冷的一側凍住氮氣!”美國宇航局工作人員寫道。

韋伯望遠鏡放置在第二拉格朗日點的距離突出了其與哈勃望遠鏡另一個關鍵的區(qū)別。老式的哈勃望遠鏡被設計來服務于太空行走的宇航員，他們在1993年到2009年之間對哈勃望遠鏡進行了五次維修和升級。其中第一個任務尤其重要，它修復了哈勃望遠鏡主鏡上的一個缺陷，這個缺陷導致望遠鏡最初拍攝的圖像非常模糊。

但是第二拉格朗日點距離地球有93萬英里之遠，以至于無法送宇航員過去，所以韋伯望遠鏡——其主鏡有21.3英尺(6.5米)長，幾乎是哈勃望遠鏡的3倍寬——將獨自在第二拉格朗日點上運行。

拉格朗日點與地日系統(tǒng)的關系圖（圖源：NASA/WMAP科學小組）

韋伯望遠鏡需要在發(fā)射后的30天才能到達目的地。一旦進入第二拉格朗日點的軌道，韋伯望遠鏡將繞著這個點旋轉并進行全面檢查，而不是簡單地停留在上面。此后，這架望遠鏡將開始一場前無古人且內容豐富的觀測活動。韋伯望遠鏡將研究宇宙中最早的一些恒星和星系，嗅探附近系外行星的大氣，尋找可能存在生命的跡象以及許多其他的任務。

韋伯望遠鏡不是首個在第二拉格朗日點停留的宇宙飛船。在那里運行的還有美國宇航局的威爾金森微波各向異性探測器望遠鏡(從2001年到2010年) ，歐洲航天局的赫歇爾太空望遠鏡(2009年到2013年)和普朗克探測器(2009年到2013年)。

還有一些其他探測器在距離地球朝向太陽方向93萬英里的地日第一拉格朗日點工作過。這些探測器包括美國宇航局和歐洲航天局合作的太陽及日光層探測儀，以及美國國家海洋和大氣管理局與美國宇航局合作的深空氣候觀測臺。

拉格朗日點總共有五個，L3雖然與 L1、 L2在一條直線上，但在太陽的另一面。而L4和 L5則在地球軌道上，分別在地球前方和后方60度。

BY:Mike Wall

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參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3.原文來自：https://www.space.com/james-webb-space-telescope-why-distant-orbit-l2

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