建造有史以来最大的望远镜

…这是有史以来最大最先进的望远镜。
2018年1月23日

采访

斯科特·威洛比,诺斯罗普·格鲁曼公司

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为了确保詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)的成功部署,美国宇航局在欧洲航天局(ESA)和加拿大航天局的支持下,需要几个关键的组件,这些组件可以在太空中折叠,在极冷的温度下运行,并能达到纳米精度。否则游戏就结束了。一个重要的装备是镜子。许多望远镜依靠这些反射盘来捕捉和聚焦光线。你想看得越远,镜子就必须越大,而JWST拥有有史以来最大的镜子。伊兹·克拉克采访了诺斯罗普-格鲁曼公司副总裁斯科特·威洛比,他的团队负责建造它。

斯科特:镜子有18个六角形镜子,实际上形成了一个主镜。我们这样做有几个原因,其中一个是镜子的宽度,它的直径,是6.5米。

Izzie -大约和四个人站在一起一样高。

斯科特:我们发射的火箭的顶部只有5米宽,所以如果我们建造一个6.5米长的光学装置是行不通的。构建多节段的想法允许我们把其中一些节段,三个在一边,三个在另一边,我们把它们放在一条铰链线上。实际上,我们把它们折叠成它在地面上开始生活的方式我们沿着侧面折叠它们然后我们可以发射,我们更窄因为它适合锥形的一侧。

简而言之,另一个原因是,很难制造一个6.5米长的光学透镜。单独制造18个部分也更容易,尽管很难将它们固定在一起并对齐。然后在它们表面涂上一层很薄的金,因为金会反射红外线。它看起来很漂亮,但我们不是因为它看起来漂亮才这么做的。

Izzie:这个巨大的镜子是你一直想要折叠的吗?或者这是一个设计过程,当你在设计这个项目的时候,当你在看:我们将如何看待我们宇宙的最初?

斯科特:早期有很多关于镜子有多大的争论,但我们一直都知道我们想要的是我们能建造的最大的镜子,然后发射到太空。如果我们能想到建造更大的东西我们可能会这么做但交易的一部分是这些镜子是什么材料的?这花了几年的时间,我们是否想要建造一系列的玻璃镜子-这就是哈勃的,所谓的超低玻璃系数?或者是铍镜,结果是铍在竞争中胜出,因为它是我们所选择的行为和我们认为我们可以产生的东西。所以关于如何建造一面大镜子有更多的争论,但人们总是想要一面大镜子。

Izzie -铍是一种相对稀有的金属,以其坚固而轻便而闻名,重要的是,它在零下的太空温度下不会变形。但是,把它弄成正确的形状并不容易……

斯科特:建造这些镜子花了八年时间。很多有计划的迭代都知道这很困难。建造如此先进的设备的一个特点是你不会像我说的那样“孤注一掷”,然后说,好吧,我们开始吧。我们有18面镜子,现在让我们来建造它们。你必须把它们打磨到所谓的表面形状精度,即表面的形状有多完美?用我们的术语来说就是20纳米。我只能用纳米级的细菌来形容。这意味着这面镜子的形状几乎完美到表面原子的大小。但我们知道这很难,所以一开始我们就建立了一个开发镜像。稍微小一点,但材料是一样的,我们打磨了一下,证明我们可以把这些功能做到完美。

然后我们开始生产,要制造18面镜子,我们不能一次制造一个,我们还在继续。我们实际上有9台机器在抛光所以在任何时间点,我们可以有一半的镜子在一个特定的步骤或者另一半在做别的事情。建造这么多镜子需要的可不是一个村庄。然后你会打磨它,让它更精确,然后你把它放回舱内,所以我们计划了一个很长的周期。我们知道这需要很长时间。最棒的是,最后我们得到了18面漂亮的镜子,还有一些非常棒的备用镜子。

伊兹:如果有一个小缺陷,会造成多大的损害?

斯科特:我们追求精确的部分原因是我们在收集光子(光的元素)。我们收集的光子是135亿年前的所以这些是最微弱的光子所以我们不会收集很多。这就是为什么你需要一个更大的镜子,这样你就可以收集更多的东西。如果你有一个更宽的游泳池,你就会收集更多的雨水。所以我们收集这些光子,发生的事情是光子撞击主镜,但它们实际上要经过一个反弹的过程。它们需要从主镜反射到由三脚架支撑的副镜上。

然后它们从副镜反射到主镜的中间,那里有另一个光学工作台,有更多的镜子和仪器。然后他们最终到达探测器可以收集这些光子的地方,这成为我们的科学数据。你必须捕获光子并将其反弹到正确的位置。如果镜子的表面有一点偏离,光子就不会反弹到正确的地方,你就会失去它。它会弹回太空,所以你要确保它弹回完美。

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