瑪莎·裏克:二十年磨一劍,韋伯為什麼花了這麼久?
觀察者網:對於大多數受眾來説,韋伯望遠鏡和哈勃望遠鏡拍攝的深空圖像看起來很相似。作為天文學家,您可以從圖像中瞭解到什麼?
**瑪莎·裏克:**這些圖像看起來很相似,但實際上它們攜帶的信息非常不同。哈勃望遠鏡拍攝的圖像,顯示的是物體在可見光波段的樣子,韋伯望遠鏡拍攝的圖像展現的是紅外光。通過比較在這些不同波長範圍內的物體的亮度,我們可以瞭解到很多事情。對於遙遠的星系,我們可以估計它們到底有多遠,而從韋伯所拍圖像的亮度,我們可以估計星系的質量。

近紅外相機的探測器之一,圖片來源:亞利桑那大學/NASA

近紅外相機的四個探測器組裝在一起,外部的黑色擋板可以阻止光線射到任何能反光的表面,例如探測器的邊緣。圖片來源:亞利桑那大學/NASA

近紅外相機的光學路徑與對應實物
觀察者網:探測遙遠星系與研究宇宙早期的情況密切相關,為什麼瞭解宇宙或恆星的起源對人類很重要?
**瑪莎·裏克:**任何仰望天空,並思索為什麼宇宙看起來是這樣的人,都會知道這個問題的答案。人類對我們自己如何產生,對太陽系和銀河系如何產生、並給我們提供這樣的環境,都充滿好奇。
觀察者網:韋伯望遠鏡集成了許多新技術,有沒有哪個讓你印象最為深刻?
**瑪莎·裏克:**我對任何單一的新技術都沒有多麼深刻的印象,但韋伯團隊能將所有這些技術結合在一起並使它們運行良好,這樣的表現更讓我印象深刻。望遠鏡和儀器工作得比預期要好,這表明各項新事物正在出色地協同工作。
觀察者網:要能夠協同工作,首先可能需要解決温度問題,近紅外相機是如何降温的?如果不降温,它在軌道上會達到多少温度?
**瑪莎·裏克:**近紅外相機通過散熱器把熱量散到宇宙空間裏,可以維持在約-233攝氏度。如果沒有散熱系統,近紅外相機的温度會與室温相當。

固定ISIM散熱器(FIR,Fixed ISIM Radiator,ISIM即“科學儀器整合模塊”,Integrated Science Instrument Module)安裝在主鏡背後,近紅外相機散熱器是FIR的一部分。圖為FIR的安裝過程,圖片下方即為倒扣的主鏡,圖片來源:Ball Aerospace

中紅外探測器(Mid-Infrared Instrument,MIRI)需要更低的工作温度,因此由圖中的製冷設備支持,圖片來源:NASA/JPL-Caltech
觀察者網:在開始工作前,校準至關重要,近紅外相機使用恆星HD84800作為參考點,這樣做有什麼好處嗎?
**瑪莎·裏克:**我們使用恆星HD84800是因為它所在的這片區域方便韋伯望遠鏡觀測,而且它足夠明亮,靠觀察它就可以展現望遠鏡校準的細節。

校準階段拍攝的圖像之一,刊載於7月18日的《自然·天文學》上。儘管形狀奇怪,但工程師知道此類情況下如何調整,因此並不擔心。圖片來源:NASA

校準階段,18面鏡子對同一恆星的成像,圖片來源:NASA
觀察者網:其他探測器也有獨特之處,比如近紅外光譜儀(NIRSpec),據報道它可以同時觀測100個物體,這是如何實現的?
**瑪莎·裏克:**近紅外光譜儀確實很神奇。它的微快門狹縫對應約0.2角秒寬的天空,實際的尺寸大約相當於人的頭髮的直徑,通過電磁控制。

每個微快門(microshutter)長200微米,寬100微米,圖片來源:NASA

每個陣列上排列365乘以171個微快門,尺寸與郵票相當,共有四個陣列,近25萬個微快門,圖片來源:NASA

通過磁力臂的移動控制微快門開合,圖片來源:jwst-docs.stsci.edu
觀察者網:下面想回顧下研發的過程。你曾提到過1998年NASA發表公告,邀請科學家們參與對韋伯望遠鏡的頭腦風暴,討論其任務設定。2001年,NASA再次發表公告,提供機會來參與之後實際上研發了近紅外相機的團隊。看上去三年的決策時間並不長,不過最終花了20年來完成這一任務,為什麼需要這麼久?
瑪莎·裏克:第一份公告實際上是邀請科學家加入諮詢委員會。委員會最終的建議是應當加入中紅外探測器(MIRI),同時為其他探測器設定了性能要求。第二份公告提供的機會則是領導設計、建造近紅外相機。
建造韋伯望遠鏡花這麼多時間的原因是,許多技術需要開發,同時有些問題會冒出來,因為在研發過程中我們也會犯錯。
觀察者網:在這20年裏,技術和團隊應該也會有不少變化吧,你如何協調團隊,與其他人合作?如何跟上技術的發展?這一項目對你的學術生涯帶來了什麼改變?
瑪莎·裏克:整個韋伯望遠鏡的團隊在20年間發生了一些變化,但近紅外相機團隊基本保持不變。當我們確定了近紅外相機的最終設計後,就沒有再改變過技術。我們確實必須進行一些更改,因為一些原型部件的表現,沒有像我們預期的那樣。
這一項目改變了我的學術生涯,因為我花更少的時間從事其他研究,但我仍然定期進行教學以及指導學生。
觀察者網:最後讓我們再回到一些公眾的看法上。韋伯望遠鏡的首批成果引發了很多關注,但有些人可能只是讚歎照片的宏偉、美麗。從藝術角度説,事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope)黑洞的第一張圖像據稱已被收入在紐約的現代藝術博物館。哈勃望遠鏡的一些照片也在那裏陳列。韋伯望遠鏡拍攝的圖像也會得到這樣的認可嗎?畢竟,藝術有點像科學,時間上的“第一”往往也是重要的。韋伯只是一個“不同的哈勃”“更好的哈勃”,還是可能在文化史和技術史上都超越哈勃?
瑪莎·裏克:我想隨着時間的推移,我們會看到韋伯望遠鏡超越哈勃。它很可能會拍下哈勃無法看到的最早的一批星系,因為它們的紅移超出了哈勃可以探測的範圍。韋伯還可能首次探測到某顆行星,擁有類似地球的大氣層。

現代藝術博物館收錄的哈勃望遠鏡所拍圖像之一,圖片來源:NASA/現代藝術博物館
觀察者網:還有些人認為偽彩色圖像或合成圖像不能代表真實世界,甚至沒有多少意義。如今,來自大型科學項目的數據需要大量處理工作。公眾可以通過伽利略的望遠鏡與他看到同一個月亮,但他們無法像科學家現在所做的那樣看到黑洞或深空。你覺得這會帶來什麼區別?
瑪莎·裏克:事實上,韋伯望遠鏡所看到的光的類型是我們肉眼無法看到的。儘管如此,這樣的光線可以靠電學手段探測到。當圖像到達地球時,我們為它們着色,以便我們可以看到並瞭解圖像所揭示的內容。重要的一點是,光是由韋伯望遠鏡上的傳感器芯片探測的,我們只是需要將電子數據轉換為我們能理解的表現形式。


各國網上都有一些質疑的聲音,有時甚至不得不對“陰謀論”闢謠
觀察者網:甚至有人認為科學家可以利用原始數據進行研究,並不需要這樣的圖像,它們只是一種“公關工具”,可以吸引注意力並獲得更多資金。你會如何回應他們?你認為激發人們熱愛科學的最好的方法是什麼?
瑪莎·裏克:就韋伯望遠鏡而言,該項目的絕大部分資金已經用掉了,而且展示這些成果並不會讓我們額外得到多少資金。我認為展示既漂亮又有科學價值的結果,就是讓人們熱愛科學的好方法。
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