詹姆斯·韦伯望远镜究竟是如何看到“宇宙尽头”的？

NASA在其网站上发布了詹姆斯·韦伯空间望远镜拍摄到的第一张照片，除了望远镜的自拍照以外还有多张肥大的星点照，这到底是啥意思？詹姆斯韦伯望远镜就这点本事？

把所有人都搞晕的詹姆斯·韦伯望远镜第一照

NASA于周五公布了詹姆斯韦伯的“第一张照片”，其中一张是韦伯望远镜的主镜，看起来比较模糊，但仍然能看出这是韦伯的主镜。

另外的照片看起来就有点纳闷了，因为看上去“星点”肥大，而且似乎有点过曝了，另外更过分的是文字解释：

more than 1,500 images were taken over a region of the sky the size of a full moon.

As it turned out, all 18 images were clustered within the first 10% of the search area

在满月大小的天空区域拍摄了1500多张照片。

事实证明，所有18张图片都聚集在搜索区域的前10%之内

第一句说的是拍了1500多张照片，然后第二句则是18张照片都在10%的区域内，这就把大家给搞晕了！但事实上这18个这个数字可不是随便写的，而是詹姆斯·韦伯望远镜的18面镜片拼成的主镜。

数数看，是不是18片？

韦伯望远镜的主镜直接达到了6.5米，光路属于反射镜一类，准确地说是属于“柯尔施望远镜”，这是三反射镜消像散系统的望远镜，属于反射望远镜类型，一般望远镜光路有：

前者优点是分辨率高，但无法制造大口径望远镜，因为透镜要求太高，并且重量很大，因此一般用于小口径的天文爱好者或者观测太阳的日珥镜等用途；后者反射镜可以制造大口径甚至超大口径，因此在大型望远镜中清一色都是反射式。

但大型望远镜的反射镜仍然很大，比如哈勃望远镜（RC结构）的主镜是单一镜片，重达828千克，而它的直径只有2.4米，就算按比例放大也是哈勃主镜的6.7倍，也就是说5吨！而且反射镜直径增加一倍，其质量并非是4倍，而是更大（为了保证中心处的厚度与强度，边缘需要加厚）！

哈勃的主镜正在磨制

很显然如此庞大的镜片就算磨制出来也不可能送上天，第一个是直接实在是太大了，没有火箭的整流罩放得下，而另一个则是直径六米的反射镜总重量可能高达数十吨，显然不适合用来发射到太空。

因此望远镜的主镜是用小镜片拼接的，用铍反射镜镀金，然后在每块反射后方有折叠展开以及高精密光学主动调节系统，以便发射到太空后展开并且精确调整对准目标，从结构上分析，詹姆斯·韦伯望远镜的反射面应该是一个双曲面，那么调节就是将这些镜片呈现出一个完美的反射面。

Webb 的每个镜子都有一个单独的名称

而到了中心"CCD”成像的位置的图像，就是18块镜片的完美拼接而成的图像，因此官方发布的文本说明拍了1500多张照片，但仍然18张，当然就算未来拍百万张，也是18张拼接起来的，因此官方说的没毛病。

星点上都有编号哦詹姆斯韦伯空间望远镜首次传回照片，各位可以对对看，是哪片镜面的反射？

而且粗调已经达到了要求，这也就是第一阶段调整的结果，未来还需要进行几个月的调整，估计要到5月份才能看到詹姆斯·韦伯的“处女照”，但对于天文爱好者者来说，当然是希望越早越好。

詹姆斯·韦伯望远镜究竟是如何看到“宇宙尽头”的？

早在詹姆斯·韦伯望远镜发射之前就有人说詹姆斯·韦伯望远镜是哈勃的接班人，从哈勃即将退役，而韦伯上新这个角度来看，还真那么回事，但事实上却不是接班人，而是科学家想要比哈勃看得更远，更远，更远！

到底要怎样才能看得更远呢？

这个问题天文同好最有发言权了，口径就是王道！这句话大家应该非常熟悉，所有詹姆斯韦伯望远镜的口径达到了空间望远镜史无前例的6.5米，是不是这样就可以看得更远了？事实上这只是其中一部分原因，而另一部分原因则是观测波段：

哈勃的观测波段是X光到近红外，其看到的和肉眼看到的范围也差了不大，差不多就是稍微向上限和下限扩了一点，而詹姆斯韦伯望远镜观测波段则是橙色光到中红外波段，也就是说是专门看红光已经人类肉眼看不到的红外线的。

为什么要观测红外波段？

这个问题用很简略的回答就是宇宙在膨胀，遥远的光线到达地球时已经红移到了红外波段，所以造了詹姆斯·韦伯望远镜专门来观测因为宇宙膨胀而跑得更远的微弱光信号。

假如你觉得意犹未尽，那么下文再给出一个详细点的答案，宇宙诞生于138.2亿年前的一次大爆炸，其爆炸过程比较复杂，下文尽量说得简单一些：

在这里有三个非常关键的阶段，揭示了人类观测宇宙的三个天花板，第一层天花板是电磁波观测的天花板，包括光在内的电磁波，人类尽最大可能也只能观测到宇宙诞生38万年后的世界，如果你知道这个极限的话，那一定就是宇宙微波背景辐射。

第二层天花板则是中微子背景辐射，因为宇宙诞生约1秒时中微子退耦了，从理论上来看，只要观测到这个时代的中微子，那么我们就能了解到宇宙诞生时刻的状况。

第三层天花板则是引力波，它能直达大爆炸诞生的那一刻，这是人类观测的极限，除此以外再无手段可以观测在引力退耦以前的宇宙了。

现代科学已经到达了哪层天花板？准确地说，三个观测科学家都尝试过了，电磁波这一层有射电望远镜和光学望远镜，中微子观测也有，比如南极的“冰立方（IceCube），引力波天文台也有，比如LIGO和VIRGO。

但触及到天花板境界的，只有电磁波，从1940年代起拉尔夫·阿尔菲和罗伯特·赫尔曼则理论上预言了宇宙微波背景辐射，到1964年阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊发现了微波背景辐射詹姆斯韦伯空间望远镜首次传回照片，此后科学家一直在绘制微波背景辐射图。

到1989年NASA发射了COBE人造卫星，再到2001年NASA又发射了威尔金森微波各向异性探测器（WMAP），再到2009年欧洲空间局发射了普朗克卫星，观测精度越来越高，看多了背景辐射，搞清楚了宇宙的曲率，但科学家总觉得缺点什么。

第一颗恒星是什么时候诞生的？

自宇宙诞生38万年的这批“原初”光子后，宇宙就陷入了无边的黑暗，因为此时恒星尚未诞生，而最初的“烛光”已经消失，这个阶段持续了多久？有科学家认为长达亿年，也有科学家认为数百万年，到底多久，看看第一颗恒星是啥时候诞生不就得了？

但事实上因为宇宙极度膨胀，“第一颗”恒星的光已经被红移到了红外，甚至是电磁波段，所以这就是詹姆斯·韦伯望远镜诞生的理由。

它主要观测红外以及中红外波段，将会让科学家当前极限的134亿年前直达136亿年前甚至更久远一些，假如换算成距离的话，当前观测极限大约是330亿光年（可观测宇宙半径为465亿光年），136亿年前大概膨胀到多远了，哪位大佬知道的留个言哈。

相信6.5米口径、能看到中红外波段的詹姆斯韦伯肯定不会让大家死亡，希望在2022年的5月份见识它真正的处女照。