美國宇航局（NASA）的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡終於準備好進行科學研究了——它看到的宇宙比它自己的工程師所希望的還要清晰。
NASA計劃於 2022 年 7 月 12 日發布詹姆斯·韋伯太空望遠鏡拍攝的第一張照片。隨着韋伯——有史以來最大的太空望遠鏡——開始收集有助於幫助的科學數據，它們將標誌着天文學下一個時代的開始回答有關宇宙最早時刻的問題，讓天文學家比以往任何時候都更詳細地研究系外行星。但它花了近八個月的時間旅行、設置、測試和校準，以確保這個最有價值的望遠鏡準備好迎接黃金時段。Marcia Rieke 是亞利桑那大學的天文學家，也是負責韋伯太空望遠鏡的四台相機之一的科學家，她解釋了她和她的同事們為使這台望遠鏡啟動和運行所做的工作。
1. 望遠鏡發射后發生了什麼？
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡於 2021 年 12 月 25 日成功發射后，該團隊開始了將望遠鏡移至最終軌道位置的漫長過程，展開望遠鏡，並在一切冷卻后校準機載相機和傳感器。
發射過程與火箭發射一樣順利。Rieke和其同事注意到的第一件事是，望遠鏡上的剩餘燃料比預計的要多，以便在未來對其軌道進行調整。這將使韋伯望遠鏡的運行時間比任務最初的 10 年目標要長得多。
在韋伯前往其最終軌道位置的長達一個月的旅程中，第一項任務是展開望遠鏡。這一切順利進行，從幫助冷卻望遠鏡的遮陽板的白關節展開開始，然後是鏡子的對齊和傳感器的開啟。
遮陽板打開后，Rieke的團隊開始監測機上四台攝像機和光譜儀的溫度，等待它們達到足夠低的溫度，以便他們可以開始測試儀器可以運行的 17 種不同模式中的每一種。
2. 團隊首先測試了什麼？
正如工程師預測的那樣，韋伯太空望遠鏡上的相機冷卻了，團隊打開的第一台儀器是近紅外相機 – 或 NIRCam。NIRCam 旨在研究宇宙中最古老的恆星或星系產生的微弱紅外光。但在它能夠做到這一點之前，NIRCam 必須幫助對齊韋伯鏡子的 18 個單獨部分。
一旦 NIRCam 冷卻到零下280華氏度，它就足夠冷，可以開始檢測從韋伯鏡段反射的光，併產生望遠鏡的第一張圖像。當第一張光線圖像到達時，NIRCam 團隊欣喜若狂。
這些圖像顯示，鏡面段都指向相對較小的天空區域，並且對齊比團隊計劃的最壞情況要好得多。
韋伯的精細制導傳感器也在此時投入使用。該傳感器有助於使望遠鏡穩定地指向目標——就像消費數碼相機中的圖像穩定功能一樣。使用星形 HD84800 作為參考點，Rieke在 NIRCam 團隊的同事幫助調整了鏡子段的對齊，直到它幾乎完美，遠遠好於成功任務所需的最低要求。
3. 接下來有哪些傳感器出現了？
隨着 3 月 11 日鏡子校準結束，近紅外光譜儀 – NIRSpec – 以及近紅外成像儀和無狹縫光譜儀 – NIRISS – 完成冷卻並加入聚會。
NIRSpec 旨在測量來自目標的不同波長的光的強度。這些信息可以揭示遙遠恆星和星系的組成和溫度。NIRSpec 通過一個狹縫觀察其目標天體來做到這一點，該狹縫將其他光線拒之門外。
NIRSpec 有多個狹縫，可以同時觀察 100 個天體。團隊成員首先測試了多目標模式，命令狹縫打開和關閉，他們確認狹縫對命令的響應正確。未來的步驟將準確測量狹縫指向的位置，並檢查是否可以同時觀察到多個目標。
NIRISS 是一種無狹縫光譜儀，它也可以將光分解成不同的波長，但它更擅長觀察場中的所有天體，而不僅僅是狹縫上的天體。它有幾種模式，其中兩種是專門為研究特別靠近其母星的系外行星而設計的。
到目前為止，儀器檢查和校準工作進展順利，結果表明，NIRSpec 和 NIRISS 都將提供比工程師在發射前預測的更好的數據。
4. 最後打開的儀器是什麼？
在 韋伯上啟動的最後一個儀器是中紅外儀器，或 MIRI。MIRI 旨在拍攝遙遠或新形成的星系以及微弱的小天體（如小行星）的照片。該傳感器檢測韋伯儀器的最長波長，並且必須保持在零下449華氏度 – 僅比絕對零高 11 華氏度。如果溫度再高一點，探測器只會吸收儀器本身的熱量，而不是太空中有趣的天體。MIRI 有自己的冷卻系統，需要額外的時間才能完全運行儀器才能打開儀器。
射電天文學家已經發現了一些跡象，表明有些星系完全被塵埃隱藏，並且無法被像哈勃這樣的望遠鏡探測到，這些望遠鏡捕捉到的光波長與人眼可見的波長相似。極冷的溫度使 MIRI 對中紅外範圍內的光非常敏感，可以更容易地穿過灰塵。當這種敏感性與韋伯的大鏡子相結合時，它允許 MIRI穿透這些塵埃雲，並首次揭示這些星系中的恆星和結構。
5. 韋伯的下一步是什麼？
截至 2022 年 6 月 15 日，韋伯的所有儀器都已啟動並拍攝了第一張照片。此外，四種成像模式、三種時間序列模式和三種光譜模式已經過測試和認證，只剩下三種模式。
7 月 12 日，美國宇航局計劃發布一套預告觀察結果，說明韋伯的能力。這些將展示韋伯圖像的美麗，也讓天文學家真正體驗到他們將收到的數據質量。
7 月 12 日之後，詹姆斯韋伯太空望遠鏡將開始全職工作以完成其科學任務。明年的詳細時間表尚未公布，但世界各地的天文學家都在熱切地等待從有史以來最強大的太空望遠鏡中獲取第一批數據。