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- 1、威力恐怖如斯的韦布望远镜，竟然还有这段“黑历史”
- 2、天文望远镜的原理是什么？
- 3、天文望远镜原理
- 4、天文望远镜原理 天文望远镜原理介绍
1、威力恐怖如斯的韦布望远镜，竟然还有这段“黑历史”
这两天天文界出了件大喜事——韦布望远镜拍摄的首批照片，终于上线刷屏啦！这些照片哪儿哪儿都有，这里就不多说了，咱们今天重点讲讲这架超级望远镜的黑历史，没错，它不仅是鸽子王，吞金兽，还是能吓死项目经理的经典（不那么正面的）教材……
想象一下，你有个朋友，约你一起出去看星星，结果今天说望远镜没准备好，明天说家里有点事，后天说没钱给车加油了……对这么爱放别人鸽子爽约的人，我们早就友尽了。但天文界里就有这么一位传奇，一鸽再鸽叒鸽了14年多，却仍然让人又爱又恨还充满了期盼……
它就是传说中詹姆斯·韦布太空望远镜（James Webb Space Telescope, JWST），这架太空望远镜于1996年立项时，目标是2007年上天。然而它经历了不断的拖延、追加经费、乃至几乎流产等一系列折腾，活活拖了14年。2021年12月22日（好像）真要出发了（才怪，一直拖到12月25日才发射）！
▲只要搜索韦伯望远镜，就会发现关于它的新闻全是又双叒叕延期了……
韦布望远镜究竟有什么了不起的使命？又为何会一再放鸽子呢？
01
想拍宇宙“婴儿照”？先把韦布送上天
韦布望远镜的名字，来自领导过阿波罗登月计划的NASA第二任局长詹姆斯·韦布（James Webb），但它最初的名字是“下一代太空望远镜”（Next Generation Space Telescope），这里的“下一代”是相对哈勃太空望远镜而言的——它的官方定位是哈勃继任者。过去它一直叫韦伯望远镜，后来标准译名才变成了“韦布”。
韦布望远镜的主要任务，是要比哈勃看到更深更远的宇宙深空，追溯宇宙在132亿年以前、刚刚形成初代恒星和星系时的婴儿期相貌。它的观测结果，将为宇宙的早期演化史提供重要数据。
▲韦布望远镜的成像原理示意图 来自NASA
那么，为什么看得更深更远这么重要呢？
因为光的传播需要时间。比如你现在看到的其实是1纳秒前的手机屏幕，举头望明月看到的则是1秒前的月亮、长安白日照春空的阳光是500秒前从太阳表面出发的。而架起天文望远镜，你将看到是102个月前的天狼星、1340年前的猎户座大星云、250万年前的仙女座大星系……总之，视线越远，看到的景象就越古老。
所以，韦布望远镜给宇宙小时候拍照片的原理很“简单”：使劲往远处看就是了。
可是，宇宙空间在不断地膨胀。初代恒星的星光，出发时还是紫外线和可见光，百亿年后到达地球时，已经被宇宙膨胀“抻”成了橙红色光和红外线。当研究近处孕育的新恒星时，能从星云尘埃中跑出来报信的，也是波长较长、衍射能力较强的红外线。所以，韦布在0.6~28微米的波段工作，正好适合观测这些红外线。
上面这一大段没看明白没关系，看一下对比图就清楚了，右图中使用红外线波段观测，弱化了干扰，明显能比左图看到更多更清晰的星星。
▲可见光和红外线波段的观测对比，红外线能“透过”星云照射出来
可能有人会说，那你把望远镜建在地球上不行吗？何必费那么大劲送上天？
原因有两点：吸收和干扰。
一方面，地球大气层能够吸收红外线，某些波段的红外线根本就进不来。而从时空尽头远道而来的红外线，本已奄奄一息，经过大气过滤后，更是缺斤少两。另一方面，红外辐射无处不在，温暖的地球大气，本身就是巨大的红外干扰源，这些都会使望远镜在红外线波段无法很好地观测。
因而，在地面上可没法好好研究宇宙最深处传来的红外线。哪怕是那些最强大的地面望远镜们，如中国“天眼”FAST、甚大天线阵VLA，在建的欧洲极大望远镜E-ELT，都不适合做这方面的研究。
▲地球大气层在各波长的透光率，波谷就是被吸收掉了
怎么办？冲出大气层，到太空中去，离这些阻碍越远越好！
那么，用我们熟悉的哈勃望远镜举例，它够不够远呢？不但不够而且很不合适。
哈勃在540公里的高度绕地飞行，这里依然有稀薄的大气，并且无法逃避红外烘烤——当飞到白昼区时，如果扭头不看太阳，就躲不开地球那张明晃晃的大脸——被照亮的望远镜本身也会制造红外辐射干扰。好在，哈勃不用太在意，是因为它主要工作在紫外和可见光波段。
而主打红外观测的韦布可不能在这种环境下工作，因此它的的最终选址，是日地拉格朗日点L2，L2处于地球轨道外围，距地150万公里（地月距离的4倍）。在这里，韦布望远镜能和地球以相同的周期，并驾齐驱绕日公转。
▲韦布望远镜轨道示意图 来自NASA
这里没有大气，而且太阳、地球、月球这些干扰源都在同一方向，只要把这个方向挡住，就能够心无旁骛地静听宇宙深处传来的第一声婴啼。
▲飘荡在L2的韦布望远镜效果图，太阳、地球、月球永远被遮挡在同一方向
02
工欲善其事？堆满黑科技
不过，就算把韦布送上了天，如果这望远镜自身配置不够强大，那也是白搭，韦布望远镜就堆了一身的好东西，那么都有哪些呢？
接着上文挡光的事继续说，韦布望远镜并非固定在L2上，而是围绕L2画圈飘荡（如下图所示）。
▲韦布望远镜轨道示意图 来自NASA
为了把各个可能角度的阳光遮挡严实，韦布望远镜配备了一个巨型遮光罩。它大致是个菱形大风筝形状，长径21米，短径14米，面积堪比一个网球场。这个遮光罩共有五层镀铝（前两层掺杂硅）的聚酰亚胺膜，每层膜薄如办公用的透明胶带，并且互相分离。
▲遮光罩的等尺寸测试件 来自NASA
这是因为，在多层膜之间，热量只能通过辐射传递，最终呈指数衰减。测试数据表明，遮光罩的阳面接受300千瓦的辐射功率时，阴面只有23毫瓦的输出，这样的性能，足以在受光面温度高达85℃时，保证背阴面的望远镜稳定在-233℃以下“暗中观察”，窥探宇宙诞生的秘密。
▲真·暗中观察，左图来自NASA
观测点选好了，太阳光挡上了。解决了信号干扰问题，还有个大问题有待解决。
观测的波长越长，需要的镜面就越大，地球上那些动不动直径几百米的巨物就是如此。为了更好地观测红外线，韦布望远镜需要一个比哈勃更大的镜面。
▲韦布望远镜和哈勃望远镜的主镜面尺寸对比 来自NASA
哈勃的主镜直径都已经有2.4米，高过姚明了，而韦布的主镜直径有6.5米，大约有两层楼高。这面巨镜的性能相当卓越：在2微米的红外波段，韦布的分辨力可达0.1角秒，相当于能在80公里外看到一个乒乓球。这让韦布能看到比哈勃观测极限还要暗几十倍的天体，是人类肉眼观测极限的100亿倍。
▲一个人类和韦布、哈勃合影（左起第一位是韦布）来自NASA
有趣的是，韦布的大镜子面积是哈勃的6.25倍，但竟然比哈勃的还要轻（625千克VS 1000千克）。这里又有高科技了：哈勃的镜板用的是玻璃，密度是2.5克每立方厘米，而韦布的镜板更轻薄，用的是金属铍，密度只有1.85克每立方厘米，这样单位面积的镜板的质量只有哈勃的10%。铍除了够轻，够硬，更重要的是在望远镜所在的极冷环境下，形状比玻璃的还稳定。美中不足是它颜色灰暗，反射率不佳，所以人们在铍镜面上镀了一层0.1微米厚的金——完美。
▲镀金镜面，眼见为实 来自NASA
最后，我们该如何把两层楼高的主镜面、外加一个网球场大小的遮光罩送上太空呢？
显然只有层层折叠后塞进火箭，到了太空再展开了。因此韦布的主镜不是铍板一块，而是由18面正六边形小镜拼接成的。为了使展开后的主镜精准对焦，每块小镜的微调系统要求5纳米的步进精度。展开遮光罩是个更加复杂的任务，需要大约7000个零件协同工作，才能把5层薄膜展开、铺平、绷紧、隔离。
▲韦布折起来以后就成这样了 来自NASA
03
放鸽子，只因我高（科技）贵（烧钱）
说完韦布望远镜的主要任务和大致设计，就能解释这台强力又复杂的望远镜为何会成为“鸽王”了。
没别的，就是“脑洞一时爽，执行火葬场”再加上“别看初始预算低，追加坑你没商量。”
首先就是想法太超前，对科技水平要求太高。
回到1996年，当NASA硬着头皮立项时，甚至还不太清楚这么一台望远镜该怎么造。因为许多相关科技领域，诸如材料学、精密加工、自动控制、冷却技术，还没有完全就位。
例如，前文提到的铍质主镜，2001年底才拿到预研演示数据。由于技术上的重重难关，直到2007年，也就是韦布望远镜最初预定的发射年，与之相关的10个重大技术点才刚粗略排除了风险。更何况，除了造望远镜本身，将这么个大家伙打包，准确地送到拉格朗日点L2，本身就是个艰巨的技术挑战。
▲韦布打包示意图 来自NASA
旷日持久攻克大量技术难题，带来的后果就是预算爆炸。
这台望远镜，到2010年才完成关键技术的方案评审，过审后的项目预算已经从最初的5亿美元，暴涨到了65亿。2011年7月，美国国会失去耐心，威胁撤资。幸运的是，11月时，国会息怒了，又加了些银子，预算涨到了88亿美元——这个钱差不多都够造两艘核动力航母了。这场风波过后，项目才到了最终设计制造阶段。
接下来就是设计、制造和测试的漫长循环。之所以漫长，是因为这望远镜部署在150万公里外的拉格朗日点，一旦出现故障，根本无法派人前去维修——这可不像近处的哈勃望远镜，升空后发现对焦不好，还能叫个航天飞机登门“配眼镜”——所以，韦布望远镜必须在地面上反复调试，确保万无一失。
▲如果顺利的话，韦布将会如此展开 来自NASA
但所谓夜长梦多，时间拖了这么久，意外也层出不穷，比如2018年的延期，就是因为试展遮光罩时发生了撕裂，这一延就是两年。再往后，就是五花八门的倒霉事了：新冠肺炎大流行、火箭没准备好……甚至镜体都快入舱了，竟然还能因为固定带意外解绑、再鸽4天……
最终，这项目总花费接近100亿美元。由于它失控的预算，许多其他科研项目筹不到经费，无法开展。业界对它颇有怨念，比如自然杂志就曾批评韦布望远镜“吃掉了天文学”。
▲《吃掉了天文学的天文望远镜》《自然》2010年10月
不过不管怎样，既然天文学已经被韦布吃掉了，那它就得负责啊！我们还是祝詹姆斯·韦布太空望远镜好运吧！愿这件凝聚人类前沿科技的结晶如期顺利升空，在今后十年的任务工作顺利，收获满满！
▲韦布加油！原图来自NASA
番外篇：花了100个亿，这次能找到外星人吗？
可能很多朋友最感兴趣的问题，还是这么奇妙的一台太空望远镜能帮助人类找到外星人吗？
找外星人，可以从寻找宜居系外行星入手，而寻找这类行星是另一台太空望远镜——TESS的术业专攻，不是韦布的主业。但韦布还真有能力做这件事！
对于较近的恒星，韦布的超强分辨力可以直接看到它身边的大行星，或者正在吸积成形的行星的炽热星胚。假如行星有从其母星身前经过的机会，韦布可以分析它对恒星光谱造成的变化，判断其大气成分，寻找生命的线索。
韦布望远镜也能自如地观测太阳系内的地外行星和各色小天体，包括卫星、彗星、小行星、矮行星、柯伊伯带，以进一步研究太阳系的形成演化历史。
我们并不奢望韦布在初代恒星身边发现行星。它们太遥远了，实在看不到它们身边的小天体。另外，按照“大爆炸”理论的时间线，初代恒星的身边还没有足够的重元素来构造有坚实地面的行星。
总之，只能说韦布望远镜有发现生命踪迹的实力，但至于能不能真的发现外星人的踪迹，那恐怕还得看运气了。（作者 | 曲 炯 科普作家 作品发表于国家博物馆、国家航天局等 ）
来源：科学辟谣平台
2、天文望远镜的原理是什么？
天文望远镜的原理：天文望远镜探测的是电磁波。光学天文望远镜探测的是可见光，即所谓的看到了星体本身;射电天文望远镜探测的是射电波，射电波属于无线电波的一种，无线电波又是频率比可见光低的电磁波。
但是二者的具体探测方法也有所区别。
光学天文望远镜观测的光是由恒星发出的，但这其中许多恒星都早已不存在，我们看到的是几十亿年前发出的光。光学天文望远镜又分为反射式、反射式和折反射式天文望远镜。顾名思义，折射式望远镜的原理是利用凸透镜的成像原理，看到的也是实像;反射式望远镜的原理是利用平面镜反射，看到的是虚像;折反式望远镜是将二者结合在一起，看到的也是虚像。射电天文望远镜，它属于专业的天文台观测使用的天文望远镜，它通过接受星体发出的射电波，然后记录下关键的数据，包括天体射电的强度、频谱、偏振等，同时还配备有专业的信息处理系统对收集的信息进行处理。
在这样的条件下，可以观测到普通光学望远镜观测不到的星体，比如脉冲星、类星体、星际有机分子等等。扩展资料：使用天文望远镜的注意事项：1、绝对不能直接用望远镜观看太阳，观看太阳必须通过投影法或有专门滤光措施，否则会烧坏视网膜，而且会对主镜造成一定损害。2、不要把望远镜当做玩具，望远镜是精密光学仪器，要细心使用和维护3、不要认为用望远镜什么都能看到，通过望远镜确实能观看到肉眼不能分辨的天体和天体上的细节，但观看效果越好，价格也越高，没有十全十美的望远镜，选择适合自己的最重要；4、对于每一台望远镜，都有它合适的放大倍数。
超过这个倍数并不能增强分辨能力，反而会使物体变得很暗，难以看清。60mm～80mm口径的望远镜，合适的放大倍数应小于100倍，200倍的放大倍率几乎什么都看不到。5、如果无法在夜空中识别五个以上的星座，就不要着急使用望远镜，因为无法寻找可观测的星星，就只能看月亮；6、天文望远镜通常也可以观看风景或动植物，可以很容易得到比双筒望远镜更高的放大倍率。
不过使用倍率应在100倍以下，20-50倍最合适。
3、天文望远镜原理
天文望远镜的原理是光源的光线进入物镜后拉近了距离，使视角变大，所以成放大的像，因此可以观察到肉眼无法看清的物体。天文望远镜是一种观测天体的重要工具。
天文望远镜一般有两个镜筒，分别是主镜和寻星镜，其中主镜是用来观测目标，寻星镜是用来寻找目标。
天文望远镜主要分为三类，分别是折射式、折反射式以及现代大型式，其中折射式有伽利略式望远镜、开普勒式望远镜，反折射式有施密特式折反射望远镜、马克苏托夫式等。为什么说问"望远镜能看多远"是错误的? 我们的肉眼就是一台光学仪器，肉眼可以看到254万光年以外的仙女座大星云，但是看不见距离地球最近的太阳系外恒星比邻星(4.2光年)。相信大家已经体会到了吧，说一个光学仪器能看多远是没有意义的，只能说多远能看最清，或者最远能看多清晰。
4、天文望远镜原理 天文望远镜原理介绍
1、天文望远镜的工作原理是物镜（凸透镜）聚光成像，经过目镜（凸透镜）放大。由物镜聚光，然后经过目镜放大，物镜目镜都是都是双分离结构，以便使成像质量有所提高。
增大单位面积上的光强，从而使得人们可以发现更暗弱的天体和更多的细节。
射入你眼睛的就是几乎平行光，而你看到的是被目镜放大了的虚像。是把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统。一般分三种： 2、折射望远镜，是用透镜作物镜的望远镜。
分为两种类型：由凹透镜作目镜的称伽利略望远镜；由凸透镜作目镜的称开普勒望远镜。因单透镜物镜色差和球差都相当严重，现代的折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组作物镜。 3、反射望远镜，是用凹面反射镜作物镜的望远镜。
可分为牛顿望远镜、卡塞格林望远镜等几种类型。反射望远镜的主要优点是不存在色差，当物镜采用抛物面时，还可消去球差。但为了减小其它像差的影响，可用视场较小。
对制造反射镜的材料只要求膨胀系数较小、应力小和便于磨制。 4、折反射望远镜，是在球面反射镜的基础上，再加入用于校正像差的折射元件，可以避免困难的大型非球面加工，又能获得良好的像质量。比较著名的有施密特望远镜它在球面反射镜的球心位置处放置一施密特校正板。
它是一个面是平面，另一个面是轻度变形的非球面，使光束的中心部分略有会聚，而外围部分略有发散，正好矫正球差和彗差。
本文关键词：天文望远镜作用原理，天文望远镜的光学原理，天文望远镜的工作原理图，70076天文望远镜的原理，天文望远镜基本原理。这就是关于《天文望远镜原理，天文望远镜的原理是什么（威力恐怖如斯的韦布望远镜）》的所有内容，希望对您能有所帮助！
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