望向無垠的宇宙星際 (1)

望向無垠的宇宙星際 (1)
知識通訊評論第76期

今年為伽利略以望遠鏡開啟近代天文學的四百年，也是國際天文年。

未來的數十年中，天文科學家希望利用全新科技設計的望遠鏡，開展宇宙天文的全新領域。

現在除了在博物館和古董店，渾天儀和星象盤都難得看到，但是出現在四百年前現代歐洲前期的望遠鏡，仍然是天文世界裡的要角。不過，在光學準確度、觀測波長和望遠鏡本身的大小，已改變得迥然不同了。

起初的兩世紀，這些望遠鏡除了觀測者的手繪圖，什麼也沒能留下，接下來的一世紀，望遠鏡的影像可用底片沖印，過去的幾十年中，望遠鏡完全變成電子式，遍布於海洋、沙漠、山頂及各種的太空軌道。但是工作依然相同：聚焦並蒐集宇宙傳遞的一切消息。
儘管帶著四百年的輝煌歷史，天文望遠鏡最光輝的時刻才要來到。還在發展的望遠鏡有著前所未有的技術野心，意欲提供幾近確定的答案；他們要提供答案的問題，在一兩代以前，甚至只是想像要如何去探究，都是困難重重的。

詹姆士偉伯太空望遠鏡（The James Webb Space Telescope）
觀測面積：三十三平方公尺
開始觀測：二〇一三年
耗資：總計四十五億美金
特色：目前最好的紅外線望遠鏡

詹姆士偉伯望遠鏡在某種程度上可說是哈伯太空望遠鏡的接班者，也像哈伯一樣將成為當代軌道型望遠鏡的泰斗。但是哈伯望遠鏡主要看的是可見和紫外光波長，而詹姆士偉伯則最適合看紅外光。意思是它可以看到哈伯之類望遠鏡看不到，被星塵遮蔽的對象，並能窺見緊接著宇宙大霹靂（Big Bang）起始的高紅移紀元，看到可見光無法分辨的物體，好比說「第一顆星」。

美國馬里蘭州巴爾提摩太空望遠鏡科學研究所的天文學家，在哈伯望遠鏡升空前一年的一九八九年，開始了這個接班望遠鏡計畫。二十四年後這架望遠鏡總算升空了。過去二十年中，它的設計和花費曾數次改變，但主要的任務仍單純而有遠見：那就是研究宇宙發展每一個階段不曾被觀察到的特徵。要達成這個目標，這架望遠鏡需要幾個創新技術，譬如用鋇（beryllium）製造的超輕光學系統，超敏感紅外光偵測器，及一個能永久維持中紅外光偵測器在絕對溫度七度(攝氏零下二百六十六度)的冷卻機。

而其中最驚人的創新之處，牽涉到望遠鏡的核心架構。詹姆士偉伯望遠鏡的設計團隊所規劃的鏡面太大，現今所有的升空火箭都無法承載。所以他們將鏡面分成幾塊，以折疊方式升空，等望遠鏡到達距地球一百五十萬公里的最終軌道，再展開成為直徑六點五公尺的完整鏡面。詹姆士偉伯達到的地球軌道，使其擁有比哈伯望遠鏡更寬廣的視野，而且溫度也較低。但缺點是，出問題的話沒有任何辦法可以修理。所以不像哈伯修了很多次，詹姆士偉伯望遠鏡打從一開始就得完美無缺。

諾貝爾獎得主馬瑟爾（John Mather）是詹姆士偉伯計畫的資深科學家，他說，目前的設計是，詹姆士偉伯至少可以運作五年，但或許可以更久。它將攜帶夠用十年的燃料，而由於有了冷卻機，代表望遠鏡的操作年份，不會受到攜帶冷卻劑數量的限制。馬瑟爾說，如果運氣好，也夠聰明，希望能節省燃料，或許就能使用的更久。但是他也說，「我們不能保證。」他認為他可以確定一定會有新發現。「我們不知道黑洞和星系那個先出現，我們也不知道，為什麼幾乎每個高質量星系中間都有一個大黑洞。如果宇宙初期還有任何我們不曾發現的驚喜，我猜就是這些了。」

詹姆士偉伯太空望遠鏡

詹姆士偉伯看的不只是太空深處和遙遠紀元。美國太空望遠鏡科學研究所主任芒騰（Matt Mountain）說，它還將細查一些離我們更近，起源不明的天文現象，例如新興太陽系、星體融合，和星塵滿佈的星雲中發生的星系聚集。

這個望遠鏡最突出之處，是它能調查非常早期的宇宙。「它非常敏感，」茫騰說，「我們能實際測量宇宙最初期物體的光譜，而哈伯差不多是無法看得到的。」