2021年最重要的事件！

作者： 虚声
来源：虚声（公众号ID：lxlong20）
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这段时间一直想写篇韦伯望远镜的文章。

2021年堪称多事之秋，包括但不限于——

疫情继续肆虐；

缅甸持续动荡；

美军撤离阿富汗；

俄罗斯、北约、乌克兰围绕东乌剑拔弩张等等。

但最重要的一件事，我认为还是詹姆斯·韦伯空间望远镜的发射。这个观点只代表我个人，肯定会有很多人认为上述任何事件都比这个重要；甚至还有人认为舆论圈那些狗血剧情都比这个重要。

韦伯望远镜的发射让我想起1919年，当时西班牙流感肆虐，欧洲因德意志第二帝国、奥匈帝国、奥斯曼帝国、沙俄帝国在第一次世界大战解体（新生的苏联立足未稳）而动荡不堪；东方的中国正在爆发五四运动。但是在很多人眼中，1919年最重要的事情，还是爱丁顿利用一次天文学试验，证明了广义相对论的有效性。

因为广义相对论被证明，从而奠定了人类迈向星辰大海的根基。这次升空的韦伯望远镜，是人类迈向星辰大海的重要一步，对未来也会产生不可估量的影响。

从历史大趋势来说，我认为韦伯望远镜发射是本年度最重要的事儿。

那么这个叫詹姆斯·韦伯的空间望远镜，究竟有何与众不同之处？

01纠结的项目

如果从经济角度看，这个项目是个赔钱货，没烂尾已经算万幸。

1997年，詹姆斯·韦伯空间望远镜立项；预算是5亿美元，预计2007年发射。取这个名字，是为了致敬NASA第二任局长詹姆斯·韦伯（任期内主持过阿波罗计划）。

1998年，预算扩充至10亿美元。

2000年，发射计划延期到2009年，预算扩充到18亿美元。

2002年，发射计划延期到2010年，预算扩充到25亿美元。

2005年，延期到2013年，预算扩充到30亿美元。

2006年，延期到2014年，预算扩充到45亿美元。

2010年，延期到2015或1016年，预算扩充到65亿美元。

2013年，继续延期，运算扩大到88亿美元。

2017年，延期到2019年，继续扩大预算。

2020年，碰到疫情，再次延期，加预算。

到2021年，总算不用延期了，项目经费扩大到100亿美元（相当于多半艘福特级航母，或12枚东风-41洲际导弹）。

从时间跨度看，项目从克林顿时代立项，经过小布什、奥巴马、特朗普时代延期，终于在拜登时代发射了；比阿富汗战争耗费的时间都长。如果这个项目烂尾，肯定会成为科技界的笑话，被认为是美国衰落的标志。

从项目经费看，从最初的5亿预算扩大到100亿，直接翻了20倍，赤裸裸的吞金兽。这个时间段，美国GDP总量仅仅增长了2.5倍。这么烧钱的项目，如果在世界其他地方，估计早就被砍掉了，带头人还可能被审查；即便不被砍，也被舆论喷死了。

通常认知中，美国并不是一个很有耐心的国家。美国资本家为了赚快钱，把产业链转移到海外，导致美国本土制造业空心化。那怎么会对韦伯空间望远镜如此执着？原因主要有三个层面：

1、梦想；2、高端制造；3、基础材料

02梦想

探索未知世界一直是人类原始的梦想。

三星堆出土的纵目青铜面具，就是人类对未知世界的一种最原始的表达方式。

中国漫长的历史上，曾经出现过上百种历法，一个很重要的原因就是源自于对星空的好奇（另一个重要因素是对农时的指导）。

即便在混乱的民国，中国人也没有忘记对星空的观察探索（紫金山天文台就是例证）。

共和国时代，更是卫星不停发射、飞船不断起飞，不久的将来，中国还会登录月球，未来还会奔赴星辰大海。

探索未知世界是很多国家、民族的共同梦想。现代宇宙探索中，美国暂时走在了前面，从当年阿波罗登月计划到如今发射韦伯空间望远镜，承载了美国人探索星空的梦想。

工业文明阶段之前，由于技术限制，人类探索星空的手段非常有限。工业文明的发展大幅提升了科技水平，各种先进的天文望远镜应运而生。尤其是1990年，哈勃太空望远镜发射成功之后，打开了人类对宇宙认识的新篇章，让人类看到了无数浩瀚壮观的星系。

老铁们可能会纳闷，既然有了哈勃望远镜，为什么还要搞韦伯望远镜？原因很简单，韦伯望远镜有哈勃不具备的功能。

为了说明两者之间的差别，这里简单科普一点知识。

根据宇宙大爆炸理论：

1、由于宇宙一直在膨胀，星系之间都在彼此远离，那些星系也在离我们（太阳系）远去；

2、彼此远去的星系散发出的可见光在漫长的宇宙旅行中，波长会变长、频率降低，向红外线频率移动，这就是所谓的“宇宙红移”现象。

而且离我们越远的星系，“宇宙红移”越严重。

哈勃望远镜主要在可见光和紫外波段区间内展开观测工作。

所以当星系离地球足够远，就会红移到红外波段区间，哈勃望远镜就观察不到了。目前哈勃能看到的最远星系叫GN-z11，大约是宇宙诞生4亿年之后产生的。

换句话说，宇宙诞生之初的4亿年间产生的星系，哈勃看不见。

韦伯望远镜的观测区间主要集中在红外波段，可以看到比哈勃望远镜更为遥远的星系，可以看见更为远古的宇宙模样。

当然韦伯望远镜也不是万能的。更为遥远的微波区间，就需要新型望远镜了。

但在未来的一段时间，韦伯望远镜会成为人类观察宇宙的极限。

02工业王冠

如果要形容某个东西重要，通常会说其是工业王冠上的明珠。比如说顶级航空发动机与光刻机，都长期顶着“工业王冠上的明珠”之美誉。韦伯望远镜，也当得起这个头衔。

相比位于约500千米高度的近地轨道上的哈勃天文望远镜，韦伯望远镜要在距地球150万公里（大约是地月距离的4倍）的第二拉格朗日点工作。

拉格朗日点又称平动点，是空间中的特殊点：

1、由于地球和太阳产生的引力恰好等于物体与引力体一起移动所需的向心力，类似卫星这样的小物体，可以在该点处相对于两大物体基本保持静止。

2、太阳和地球之间有5个拉格朗日点。L1点位于太阳和地球之间，可以实现非常稳定的对地球和对太阳的长期观测，是太阳望远镜、地球磁场和太阳风等科研类航天任务的理想位置。

3、韦伯望远镜是一台红外线望远镜，要求它尽可能地避开来自太阳光的干扰，因此要发射到L2，即那个4倍于地月距离的位置。

韦伯望远镜的主体部分主要有两个：光学系统组件和遮阳帆。

光学系统组件包括主镜（一级）、副镜（二级）和第三个镜面（光学子系统），主镜的功能主要是收集遥远星系辐射的红外波，其特点如下：

口径达到6.5米（相当于哈勃望远镜的2.7倍）；

面积达到25平方米（相当于哈勃镜面积的5.5倍）；

由18片铍镜片拼接而成，每片直径1.32米，仅重20千克。

18个独立镜片中，每一个都可以扭曲并调整。

镜子的隔板背面装配有一个由背板、支柱和电机组成的系统，主要功能不仅可以调整镜子的旋转，而且通过这些支柱，可以改变镜子的曲率来调整镜子的焦点。一旦完成部署，望远镜将开始校准阶段，每个反射镜都会自行调整，直到18个镜片都与副镜对齐。

遮阳帆的主要功能是保持望远镜的暗面可以在负225摄氏度以下正常运行，其特点如下：

体积如网球场大小，可折叠；

共五层，第一层厚度仅0.05毫米，其他四层则为0.025毫米。

由于遮阳帆面积巨大，需要折叠起来才能装入发射火箭中，直到发射之后的第7天才会展开（望远镜向L2点滑行）。在这个展开序列中尚有超过300个故障点，每个点出现错误，都可能让100亿美元打水漂。　

展开遮阳帆的过程中，至少会涉及到140个展开机械装置、70个合页装置、400个滑轮、90根电线总长度达到400米，如此等等。

除了主镜和遮阳帆，韦伯望远镜的“大件”包括但不限于：

1、集成科学仪器模块：为韦伯望远镜提供电力、计算资源、冷却能力以及结构稳定性的框架，由粘结石墨环氧复合材料制成，附着在韦伯望远镜结构的底部，拥有四台科学仪器和一台引导摄像机。

2、近红外摄像机：光谱覆盖范围从可见光边缘（0.6微米）到近红外（5微米）波段，可观察迄今最遥远的天体，探测第一批恒星与星系的光线，也可辅助望远镜视野对齐。

3、近红外光谱仪：可探测天体的温度、质量和化学组成，并且同时可捕捉200个天体的光谱进行光谱测绘。

4、中红外仪器：用于观察低温、遥远的天体，中红外光可穿透正在孕育恒星的冷尘埃，并揭示大型恒星和黑洞对其周围空间的影响。

如此等等，每一个都很值钱。

和所有被称为“工业王冠上的明珠”的高科技物体一样，韦伯望远镜也涉及到非常先进的基础材料科学。

03材料为王

大多数人的视线里，是看不见基础材料领域的。其实这个世界上，基本原理大家都能掌握，之所以还有发达国家、发展中国家与不发达国家之分，主要就是基础材料的差别。比如航空发动机，原理大家都懂，好坏取决于基础材料。

鉴于韦伯望远镜的特殊性，镜片材料要求非常高。

镜片不能弯曲，也不能随着温度变化，而且还得非常轻巧。

经过一番论证之后，镜片主材是镀金的铍。

铍的特点非常鲜明：

质量较轻、硬度较大；

且低温环境下仍能保持形状；

红外反射远远不及金。

金虽不是可见光的最佳反射器，但它对红外线的反射却独一无二。另外就是，金非常不活跃，很少和物质发生反应，这能保证镜面持久如新，不会变色失去光泽。

因此，科学家们在抛光的铍镜表面涂上一层仅为0.1微米的金涂层。老铁们看到的那个金光闪闪的镜面，其实就是镀金的铍。

另外一个材料学挑战在遮阳帆上。

遮阳帆需要轻便、坚固、抗太阳辐射降解、在一定温度范围内尺寸稳定、且具有良好的反射性。

最终科学家们选择了一种叫聚酰亚胺薄膜的材料，呈黄色透明状，具有突出的耐高温、耐辐射、耐化学腐蚀和电绝缘性能。

聚酰亚胺薄膜的透明性对于遮阳帆来说是一种致命的缺陷；所以科学家们又要在每层遮阳帆的两面都涂上100纳米厚的铝涂层，使其具有良好的反射性、可以将辐射反射回太空。

简而言之，每一步都很烧钱。

话说回来，这些号称“工业王冠上的明珠”的科技载体，并不是有钱就能烧出来的，这代表一个国家的综合实力。

随着韦伯望远镜的升空，意味着美国在科技层面、高端制造业层面、基础材料层面，还有着与超级大国匹配的实力。

那么韦伯望远镜可能带来哪些惊喜？除了观察更原始、更广阔的宇宙图像之外，还有可能观察到暗物质的蛛丝马迹。毕竟咱们看得到的星系天体，只是宇宙的一小部分。

05小结

如今的美国处于一种撕裂状态：

新冠疫情再次爆发，单日感染突破50万人，是美国。

韦伯空间望远镜升空，迈出观察宇宙的重要一步，也是美国。

最后再说一句，希望在不远的将来，中国可以发射更为先进的空间望远镜。毕竟这玩意是走向星辰大海的重要工具之一。

我看到这样一个观点，就是世界上有一个韦伯空间望远镜就够了，不需要更多。这种观点犹如明朝初年的士大夫们，认为有郑和去远航就行了、不用再去更多人，以至于最后错失了整个波澜壮阔的大航海时代。享受到大航海红利的欧洲人，得到了北美洲、南美洲、大洋洲的诸多红利，生存空间大幅拓宽。