【社刊 18 處暑】遲到又超支的望遠鏡 —詹姆斯·韋伯太空望遠鏡

作者:陳昰瑜

　　韋伯望遠鏡（James Webb Sqace Telescope,JWST），是由NASA與加拿大及歐洲國家一同合作的望遠鏡計畫，以阿波羅計畫的推動者詹姆斯‧韋伯命名，為一種紅外線太空望遠鏡。


紅外線攝影探測器：
　　目前，我們所觀測到的恆星，其所發射出的電磁波種類多半是可見光頻譜；然而因為宇宙的膨脹，多數行星正以極快的速度離我們遠去。根據都卜勒效應，我們所看到的恆星，其波段會移向近紅外光和中紅外光（波長約 0.6 – 28 μm），這種現象稱為「紅移」。藉由紅外線的觀測，我們可以探知到恆星或星系所發出的紅外線波段，幫助科學家了解星系的演化過程，並協助我們了解更多系外恆星的資訊（如影像、化學組成、溫度等等）；甚至利用星系，可以追尋暗物質的本質，與探究宇宙的形體，可謂歷史的重要里程碑。
 

　　圖一（上）：
　　船底座星雲以可見光（左）與紅外（右）所拍攝的相片。由於紅移現象，在紅外線的拍攝下，能夠凸顯因為星雲而被遮擋住可見光的恆星；而發較多可見光的星雲則會變得黯淡。

來源： NASA,哈伯望遠鏡

主反射鏡片：
　　由18個六邊形所組成，每片六邊形面板直徑長達1.8公尺；而主鏡總大小達到6.5公尺，約為哈伯望遠鏡的鏡片（2.4公尺）的2.7倍，意味著其所接收的亮度為哈伯的7.29倍，能夠捕獲到更微弱的紅外線訊號；並且在其表片上鍍金，使得整體的反射率上升。
　　搭配上其他望遠鏡上的設備（如紅外線偵測器、次鏡等），可以觀測到比現今望遠鏡所能觀測到能量弱100倍的紅外線訊號，是現代天文觀測的一大突破。此外，其總質量約為40公斤，也降低了不少，使得運輸的困難度有所改善。

　　
　　圖二（右）：服役中的哈伯望遠鏡，以及將於2021年發射的韋伯望遠鏡的鏡片大小比較。

　　
　　來源：NASA

　　運輸方式：

　　由於韋伯望遠鏡龐大的體積，在運輸上面也需要做一些特殊的構造。 　　1. 可折疊的主鏡：預估會先將主鏡的兩側邊上的各三個主鏡折起，等待到達指定位置　後，再透過遙控的方式展開鏡面，並調整至適當位置。 　　2. 高精度微型馬達與波面傳導器：用來控制鏡面的開闔，並校正展開後的鏡面角度與方位。

　　當前問題與困境：

　　儘管韋伯望遠鏡的計畫自1989年便開始動工，並預估要在2010年時升空；然而，因為某些因素，使得計畫的成本不斷提高，日期也不斷延後。現在預估可能到2021年3月方可升空，預算也將由5億美金增加到96.6億美金。其原因如下：

　　
　　1. 冷焊：為了提高紅外線的反射率，科學家將鏡片打磨到鏡面非常平滑；然而，由於過度平滑，會導致兩塊金屬的黏附力增加，使得鏡片在摺疊後，會發生無法正常開啟的現象。　

　　
　　2. 安全性評估：科學家在做安全測試時，意外發現到有一顆螺絲鬆脫—這個螺絲是平衡鏡頭的重要角色。若是未處理，將會導致在拍攝、觀察天文影像時，出現極大的問題。

　　
　　3. 維修問題：科學家預計要將韋伯望遠鏡放置於距離地球較遠的軌道上，導致若是望遠鏡出現異常，需耗費更多的時間才可將維修的器具與人力運送至望遠鏡。

　　
　　圖三（上）：韋伯探測波段與聚光能力和哈伯、史匹哲之比較。來源：吳仲維。

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