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孫維新／望向宇宙深處的巨眼
2022-07-15 00:25 聯合報／ 孫維新（台大物理系及天文所教授）
韋伯望遠鏡公布了迄今為止人類能觀測到宇宙最深處的照片。（美聯社）
耗資一四○億美金，長達十五年的製造測試，背負了人類極高期望的韋伯望遠鏡，終於展現了初步成就。雖然只有幾張照片，但每張照片細膩絕倫，科學內涵浩如煙海，顯示了驚人的成果，更令人欣喜的，是這個過程才剛剛開始！
詹姆斯韋伯是美國航太總署的第二任署長，他在任內推動了阿波羅計畫，也開啟了遙遠行星的探測任務，貢獻卓著，才能追隨哈伯之後，名字掛在第二個大型太空望遠鏡之上。
韋伯不是哈伯的接班人，哈伯望遠鏡是單一鏡面，口徑只有二點四米，韋伯則由十八面六角形鏡子組成，口徑大約六點五米，望遠鏡的威力在集光「面積」，因此韋伯的鏡面比哈伯要大上六倍，觀測能力超過百倍。
哈伯望遠鏡在離地五七○公里的低軌道上運行，韋伯望遠鏡則被送到離地球一五○萬公里遠的拉格朗日第二點上，大約是四倍的地月距離，在這一點上太陽和地球的重力互相平衡，所以韋伯會和太陽及地球三者排成一線，相對靜止，跟著地球繞太陽公轉。
就因為兩者位置天差地遠，從觀測的視野來說，韋伯完勝哈伯！我們把地球看做是一個直徑廿公分的球，那哈伯就在貼著地面一公分高的軌道中運行，可想而知，地球嚴重遮擋了哈伯的觀測視野。韋伯就沒這個煩惱，我們要是坐在韋伯望遠鏡上，回望一五○萬公里以外的地球，就像是在看夜空中的一輪明月，然後可以怡然自得地從四面八方觀察宇宙。
哈伯在民國 79 年(一九九○年)四月廿四日發射，到今年剛過了卅二歲生日，原先 NASA 計畫在民國 100 年(二○一一年)就要把哈伯「叫下來」，因為韋伯預計要在民國 101 年(二○一二年)升空，NASA 估計同時養兩批操作人員經費不夠，所以想提早將哈伯導入大氣焚毀，但學界抵死不從，因為 NASA 半數以上任務都沒有準時發射，沒想到這次更離譜，一拖就是十年，到了民國 110 年(二○二一年)的耶誕節韋伯才發射，還好，哈伯到現在雖略顯老態，但仍健康硬朗。
韋伯也有自己的苦惱，就因為鏡面直徑太大，所以需要左右摺起，上了太空再一左一右打開，再一寸一寸地拉開行軍床似的太陽能板，多一個動作點，就多一次出錯的可能，從發射到完成測試的半年之間，韋伯總共有一萬多個動作點，任何一點出了錯，整個任務就會報銷，因為韋伯不比哈伯，哈伯在地球低軌道中，可以由太空梭抓住後放在尾巴上仔細維修，修好後再放回軌道中，卅年間哈伯總共進行過五次維修任務，韋伯就無法享受這種「到府維修」的奢侈，它在一五○萬公里以外，萬一壞了，就會變成有史以來最昂貴的笑話，我想在過去這半年多裡，操作團隊的科學家心臟真的要很強。
韋伯主要觀測的波段在紅外缐，它的科學目標有二，一是早期宇宙，另一是系外行星。早期宇宙的天體所發出的光缐，無論是紫外或可見光，都因為宇宙膨脹而降低能量，落到了紅外波段。而系外行星不發光，在低能量的紅外波段才看得到，這是韋伯選用紅外波段的主要原因。
所以我們看到韋伯精彩照片上的繽紛天體，其實都不是它們真實的顏色，因為人類肉眼對紅外無感，那些天體的顏色都是觀測者後來（根據各人的審美觀）依波段加上的假色，但大家看得高興就好，我只是在這兒焚琴煮鶴。
不過話說回來，韋伯的集光能力大幅超越哈伯，自然看得又遠又深，很快地宇宙學的教科書又會大幅改寫，我們也才會發現，在對宇宙的認知上，我們仍活在哥白尼的時代之前…。
