風(fēng)河支持NASA詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡采掘宇宙寶藏

為了進(jìn)行最清晰精確的觀測，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡必須像每天日出日落一樣可靠，像磐石一樣穩(wěn)定，而它的工作空間比但丁地獄第九層還要冷。

6月初，NASA公布詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡遭受到一個(gè)微小隕石碰撞。這是一塊高速運(yùn)動著的猶如塵埃一般微小的巖石。如今，進(jìn)入一定范圍的微小隕石都會被望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)者密切關(guān)注。事實(shí)上，這已經(jīng)是韋伯遭受的第五次襲擊，是迄今為止規(guī)模最大的一次。 

詹姆斯韋伯拍攝的太空照片

韋伯的主鏡由18塊鈹金子鏡構(gòu)成，此次撞擊在其中一塊上留下了一個(gè)小坑。由此引起的輕微變形應(yīng)該不會影響太空數(shù)據(jù)采集。不過，這個(gè)小坑還是提醒人們，韋伯這部極其精密的設(shè)備，是在極端、嚴(yán)酷的環(huán)境中工作，而且必須可靠運(yùn)行，不容發(fā)生任何意外。太空充滿了微小隕石，還有從太陽風(fēng)暴中發(fā)出并穿越星際空間高速輻射的帶電粒子，也可能會對電子設(shè)備造成嚴(yán)重破壞。

在太空中，不僅沒有人能聽到你的呼救，而且距離最近的維修團(tuán)隊(duì)也遠(yuǎn)在一百萬英里之外。

開辟宇宙中的一片陰涼

詹姆斯·韋伯是迄今為止發(fā)射到太空的最大望遠(yuǎn)鏡，也是一個(gè)驚人的工程奇跡。采用折疊展開式的鏡片，這一靈感來自孩子們的手工折紙游戲。18塊六邊形子鏡，每一塊都由六個(gè)執(zhí)行器來控制。這些執(zhí)行器是由電機(jī)和齒輪組成的微小精密組件，可以調(diào)整每個(gè)子鏡的角度，使它們可以像一面大鏡子一樣聚焦起來。

韋伯還配備了一個(gè)網(wǎng)球場大小的遮陽板，這是保持其傳感器足夠低溫以便檢測微弱紅外輻射所必需的，也是這臺望遠(yuǎn)鏡的獨(dú)特專長。開辟這片陰涼，讓韋伯望遠(yuǎn)鏡在接近絕對零度的溫度下工作，這是中紅外儀器（MIRI）在7 K（-266°C或-447°F）左右工作時(shí)物理上可能達(dá)到的最低溫度。

為什么需要檢測紅外線？這樣做有兩方面的意義。一方面，由于宇宙的膨脹，最遙遠(yuǎn)的天體遠(yuǎn)離我們的速度最快，因此這些物體發(fā)出的光波被拉長，就像警報(bào)器的音調(diào)隨著遠(yuǎn)離速度的增加而降低一樣。這會將光線移向光譜中波長較長的紅端，這種現(xiàn)象稱為“紅移”。那些最遙遠(yuǎn)的天體和最遙遠(yuǎn)的時(shí)間——過去130多億年的圖像——光線已經(jīng)從可見光轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外線。詹姆斯·韋伯將被用來尋找宇宙中最久遠(yuǎn)的發(fā)光物體。

另一方面，紅外線比其他波長更能穿透塵埃和氣體云。由于恒星的誕生和行星系統(tǒng)的形成通常發(fā)生在此類塵埃和氣體云之中，因此紅外線讓我們能夠獲得質(zhì)量更好的圖像。此外，紅外線比較便于光譜學(xué)分析，這使我們能夠分析恒星或行星大氣的化學(xué)成分。

上演精妙的舞蹈

詹姆斯·韋伯成功發(fā)射一個(gè)月后，在第二個(gè)拉格朗日點(diǎn)（L2）進(jìn)入了亞穩(wěn)軌道，在大約150萬公里（100萬英里）的距離跟蹤地球-月球系統(tǒng)，圍繞著太陽運(yùn)行。在遮陽板開辟的那片陰涼區(qū)域，在遠(yuǎn)離地球上任何干擾的舒適環(huán)境下，它將開始下一個(gè)激動人心的階段任務(wù)，既包括觀察早期宇宙中最遙遠(yuǎn)的星系，也包括精準(zhǔn)觀測相對較近的一些系外行星。

為了達(dá)成這些任務(wù)，詹姆斯·韋伯上演著精妙的舞蹈，例如釋放和展開太陽能電池板、航向修正點(diǎn)火、展開遮陽板、主鏡和副鏡。所有這些精妙舞蹈都?xì)w功于NASA及其合作伙伴，以及他們的科學(xué)家和工程師的專業(yè)知識和奉獻(xiàn)精神。在太空中，任務(wù)關(guān)鍵型系統(tǒng)絕對不允許發(fā)生任何失誤，因?yàn)槲覀儧]有第二次機(jī)會。

開采宇宙的寶藏

功能安全性、信息安全性和可靠性是風(fēng)河DNA的組成部分，由此推動著風(fēng)河的軟件開發(fā)和演進(jìn)，這些軟件產(chǎn)品已成功部署在許多空間系統(tǒng)中，從火星探測器“毅力號“與”好奇號”，到搜索與地球大小相仿行星的太空望遠(yuǎn)鏡“開普勒號”，再到抵達(dá)近地小行星“本努（Bennu）”并采取樣本返回地球的航天器OSIRIS REx。在詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡的集成科學(xué)儀器模塊（ISIM）中，風(fēng)河的VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）同樣發(fā)揮了重要作用，對此我們感到十分自豪。VxWorks為科學(xué)有效載荷應(yīng)用軟件提供了操作系統(tǒng)服務(wù)層（參見NASA ISIM會議論文中的圖21），而且是運(yùn)行在抗輻射處理器上。

令人神往的星系——NASA, ESA, CSA, AND STSCI

詹姆斯·韋伯的ISIM整合了四種主要的科學(xué)有效載荷，包括近紅外攝像機(jī)和光譜儀以及中紅外儀器，可支持17種不同的儀器“模式”。NASA已經(jīng)完成了所有這些模式的檢查和驗(yàn)證流程，并發(fā)布了首批圖像。這里呈現(xiàn)的第一張預(yù)覽圖片，其中展現(xiàn)了數(shù)量驚人的星系。這張圖片所代表的那一片天空，大小相當(dāng)于我們張開臂膀所能擁抱的沙粒中的一顆！

詹姆斯·韋伯的科學(xué)有效載荷——近紅外成像儀和無縫光譜儀（NIRISS），對于研究系外行星的大氣層特別有效。基于我們可能獲得的有關(guān)宇宙早期形成的所有壯觀圖像和基本知識，這個(gè)相對偏門的話題卻可能會引起最大的公眾熱情。

想象一下，有一天詹姆斯·韋伯捕捉到了一個(gè)非常清晰的光譜儀，它拍到了一顆系外行星在其恒星系的人類可居住區(qū)內(nèi)的大氣層。這是一種光譜儀，能夠顯示氧氣的顯著百分比，表明光合作用的存在。由此甚至可以引發(fā)我們的想象力，找到與我們類似的生物。

詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡的整體使命是比以往任何時(shí)候都更深入、更清晰地觀察宇宙。我們一定會獲得以往從未了解的新發(fā)現(xiàn)。意大利有句諺語：未知的知識無異于未發(fā)現(xiàn)的寶藏。詹姆斯·韋伯將會拍攝一張又一張具有里程碑意義的圖片，我們肯定會持續(xù)看到意想不到的奇跡。