解密「詹姆斯·韋伯太空望遠鏡」的歷史鏡像——競賽、夢想與顛覆

一個關于光的復雜故事。

北京時間12月25日20時22分，近乎純白色的“阿麗亞娜5號”運載火箭正式點火，超過115噸的推進力讓整個發射臺都開始劇烈顫抖。

但從緩慢“起身”到快速爬升只用了幾秒鐘，伴隨著綿綿細雨和巨大轟鳴聲，這次旅行的“乘客”——詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，與火箭一起以驚人的速度離開地表，向150萬公里之外的旅途終點飛去。

圖 | 150萬公里外的格拉朗日點是這次旅程的終點

可以說，韋伯望遠鏡是否能成功運轉，對你、我及整個人類的未來息息相關——學界普遍認為，她將點亮宇宙這個“暗室”、回溯宇宙的開端，并極有可能改變甚至顛覆我們對宇宙、世界、乃至物質的認知。

然而，關于這個從設想到修建、再到發射，足足用了近30年的設備來說，背后的許多故事和許多細節卻仍鮮為人知：

·為什么NASA愿意花百億重金修建太空望遠鏡？

·哈勃望遠鏡與韋伯望遠鏡究竟是啥關系？

·為什么韋伯望遠鏡的預算會翻了20倍：從5億美元一路上漲到100億美金？

·為何在已經花費了大幾十億美金時，韋伯望遠鏡差點被美國國會“槍斃”？

·已經修好的韋伯望遠鏡為何為何此前屢屢被推遲發射？

·如果一切正常運轉，誰可以使用韋伯望遠鏡？

……

而這些問題的答案，我們將在這篇文章中一一為你揭曉。

一、競賽、嘴炮和NASA

世上本無韋伯望遠鏡，一切還要從“太空競賽”與NASA（美國國家航空航天局）的建立說起。

某種意義上，二戰結束即是美蘇爭霸的開端。很快，冷戰的覆蓋范圍從軍備競賽輻射到了方方面面。

由于雙方手中都掌握了大量被俘的德國火箭技術與專家，從對遠程導彈的研制和較量，就開始逐漸加碼到了對太空探索技術的比拼上。

1957年10月，向來認為自己在“導彈和航天領域”處于領導地位的美國人遭到了沉重打擊：蘇聯成功地將第一枚人造衛星“斯普特尼克1號”送入太空，這讓此前對國內大力宣傳“蘇聯只是個落后國家”的美國政府頗為狼狽，引起美國朝野震動，史稱“斯普特尼克危機（Sputnik crisis）”。

圖 |斯普特尼克-1號紀念郵票

在國會不斷的施壓下，1958年7月，盡管并不十分情愿，時任美國總統的艾森豪威爾還是正式批準成立了NASA和推動“水星計劃”，隨后在1960年，又推出了雄心勃勃的“阿波羅登月計劃”。

圖 | 阿波羅計劃標志

自此，燒錢無數的“太空競賽”正式打響。

轉眼到了1961年，約翰·肯尼迪總統上任，與艾森豪威爾不同，新總統對航天領域表現得極為“熱衷”，并在競選時承諾：要使美國在航天探索和導彈防御上全面超過蘇聯。

然而事實證明肯尼迪有點“嘴炮”。上任后的肯尼迪卻對撥巨款支持美國航空事業“猶豫不決”，不僅并未全力支持“阿波羅登月計劃”，還打算砍掉不少花費大、回報慢的項目。但頗有遠見的是，他力排眾議，讓當時并非是行業專家的詹姆斯·韋伯做了NASA的第二任局長。

圖 | 詹姆斯·韋伯，NASA的第二任局長

直到1961年4月12日，蘇聯航天員尤里·加加林成為了首次進入航天的人類，同時也再次震動美國。同年5月，肯尼迪在公開演講中發誓，要在1961-1970在這十年結束之前“將一個人送上月球”。自此，肯尼迪政府開始加大了對NASA的支持。

圖 | 在這次演講中，肯尼迪發誓要首先登月

而在隨后的約翰遜政府，NASA甚至得到了進一步的強力支持。

圖 | 阿波羅11號起飛時，已經卸任總統的約翰遜在現場觀看。與前兩任總統不同，在肯尼迪遇刺后，臨危受命的約翰遜是真正熱衷航天領域的總統，他真正大力推進了包括阿波羅計劃在內的大量航空項目。

就是在這種背景下，太空望遠鏡項目迎來了自己的機會。

二、艱難的開路者：哈勃望遠鏡

1962年，美國國家科學院在一份報告中推薦空間望遠鏡做為發展太空項目的一部分，并在1966-1972年之間分別發射了4架軌道天文臺（Orbiting Astronomical Observatory，簡稱OAO）。

圖 | 1960年代的軌道天文臺

盡管4架OAO的發射與運行狀況有成功也有失敗，但至少證明了在太空中放置望遠鏡是可行的。

于是，在NASA、天文學界與美國政界的反復拉鋸之后，終于爭取到了3600萬美金開始正式設計一款更強力的望遠鏡：大型空間望遠鏡（Large Space Telescope），也就是之后的哈勃。

圖 | 哈勃望遠鏡細分圖

經過幾番周折（主要是和國會要錢以及對主要配件的制造）后，哈勃望遠鏡在1986年之前完全建好，并計劃在1986年10月發射。

但悲劇發生了：1986年1月28日，美國載人航天項目發生重大事故。“挑戰者號”航天飛機起飛73秒后解體，七名航天員全部遇難。

圖 | 挑戰者號爆炸后幾秒內的照片

而哈勃望遠鏡借助航天飛機進入太空的計劃被迫推遲。這一推，就是整整4年。

然而，推遲過程中花費同樣不?。和h鏡必須保存在一個潔凈室中，保持通電并用氮氣吹掃，直到重新發射。這意味著每個月的維護成本就高達600萬美元。

實際上，哈勃望遠鏡的花費早已超出最初的預算，在1986年10月前就已經花掉了11億美金。

直到1990年4月24日，航天飛機恢復飛行后，哈勃望遠鏡終于成功搭載“發現號”升入太空。但令人哭笑不得的是，寄予厚望的的哈勃望遠鏡著實“不給力”，其傳回的第一張圖片模糊不清。

圖 | 第一張哈勃望遠鏡傳回的圖片，模糊不清

NASA意識到了一個殘酷的現實：哈勃的零件出了大問題。

三、官僚化的NASA，差點被“槍斃”的韋伯望遠鏡

簡單來說，問題的根源處出自哈勃望遠鏡最主要的配件：主鏡，它的形狀被磨錯了，其鏡面邊緣磨的太平，與實際需要差了約2.2微米，從而造成了嚴重的球面像差。

對于NASA和天文學界來說，此時的路只有兩條：要么維修，要么重建。很明顯，重建是不可能的，維修成為了首要方案。于是，NASA籌劃了“上天維修”計劃，準備讓7名宇航員飛到哈勃望遠鏡附近進行維修。

盡管天文學界對這項任務充滿“期待”。但NASA認為，究竟能否修好尚在兩可之間。于是，作為美國天文學界的權威組織，天文學大學協會（Association of Universities for Research in Astronomy，AURA），成立了一個由美國主要天文學家組成的委員會“HST&Beyond”，一是為了幫助評估修復任務是否合理有效；二是如果修復任務失敗，該怎么籌劃新的太空望遠鏡。

幸好，“上天維修”計劃順利完成，哈勃太空望遠鏡終于給出令人滿意的照片。

圖 | 執行第一次維修任務的宇航員

而HST&Beyond也沒有放棄之前的努力，1996年5月15日，總結過去的技術積累，HST-BEYOND委員會向NASA提交了一份光看名字很長的報告《探索和尋找起源：關于紫外-光學-紅外空間天文學的愿景》（Exploration and the Search for Origins: A Vision for Ultraviolet-Optical-Infrared Space Astronomy），不僅成功勸服NASA讓哈勃望遠鏡至少服役到2205年，同時還接受了規劃未來新一代望遠鏡的計劃，這份報告也成為了詹姆斯韋伯望遠鏡誕生的起點。

圖-《Exploration and the Search for Origins: A Vision for Ultraviolet-Optical-Infrared Space Astronomy》

然而，伴隨著1991年蘇聯解體，冷戰徹底結束，政府對天文項目的支持已經不像過往那么多了（尤其是哈勃望遠鏡的超預算巨額投資讓不少人心有余悸）。對于NASA，美國政府提出了“更快、更好、更便宜（faster, better, cheaper）”的要求，總結一句話就是縮減預算。

然鵝，NASA還是采取了“先立項、后要錢”的辦法。1997年NASA制定了5億美元預算的“下一代太空望遠鏡”（ Next Generation Space Telescope,NGST）計劃，并在2002年以詹姆斯·韋伯重新命名了該計劃。

圖-韋伯望遠鏡的設計草圖之一

5億美元顯然是不夠的。到2006年，韋伯望遠鏡的開發費用已經花了10億美元，預算也沖到了45億美元。2008年，預算來到了50億美元。

圖-2005年時，韋伯望遠鏡的計劃

不斷高漲的預算讓美國政客們坐不住了。2011年，韋伯望遠鏡迎來了最大危機：7月6日，美國眾議院商業、司法和科學撥款委員會提議取消詹姆斯·韋伯項目——此時已經實際花費了30億美元，75%的硬件正在生產中。

事實上，學界也對韋伯望遠鏡項目頗有微詞，因為韋伯望遠鏡占掉了太多的預算?！蹲匀弧冯s志甚至形容稱“望遠鏡吞噬了天文學（ the telescope that ate astronomy）”。

經過多方斡旋，韋伯望遠鏡最終還是得以保留并繼續開發下去。時至今日，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡項目已經耗資百億美元，是最初預算的二十倍。

圖-詹姆斯·韋伯望遠鏡開發團隊與模型的合影

盡管詹姆斯·韋伯項目最終成功落地，但結合其多次“跳票”足以說明，今日的NASA從效率到管理，已不復當年的榮光。

四、百億美元，一次機會

關于韋伯望遠鏡的能力，此前網上已經有了連篇累牘的報道，這里就不再贅述。

值得注意的是，如果韋伯望遠鏡發射失敗，或者效果未達預期的話會怎么樣？如果一切順利，又有誰可以使用韋伯望遠鏡？

首先可以肯定的是，無論是在發射途中還是在到達目的地后出現問題，韋伯望遠鏡只能“自救”。

150萬公里的距離（相當于從地球去四次月球）注定不會有像哈勃望遠鏡一樣，可以安排人力去修復。百億美金的韋伯望遠鏡只能依靠自己的備選部件，除此之外別無他法。如果失敗，不僅僅是NASA的元氣大傷，人類探索宇宙的這一步又要被推遲到不知何年何月。畢竟，這一項目凝結著來自15個國家的數千名科學家、工程師和技術人員、258家公司、政府機構和學術機構的心血。

而如果正常運轉，韋伯望遠鏡第一年的使用權已經被完全分配：將為來自全球的41個國家的申請者分配大約6000個小時的“黃金時段”和1231小時的“并行時段”。

圖 | 韋伯望遠鏡志在捕捉宇宙的“第一束光”

圣經·創世紀章的開端之處曾言“And God said, Let there be light: and there was light”?，F在，是時候讓人類看到更多的光了。路途遙遠，祝詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，好運！

最后，記得關注微信公眾號：鎂客網（im2maker），更多干貨在等你！