[NYTimes -The Daily] 12/28/2022: 一窺時間起源(新更)
更新於 發佈於 閱讀時間約 6 分鐘
ㄧ年的最後一週，The Daily 照慣例挑出五則當年度最具代表性的節目重播，並加增自播放後到年底的相關消息更新。我笑稱這是The Daily 幫讀者準備好的懶人包，把當年度絕對不能不知道的重點新聞整理成一個年末大禮包。在12/28/2022 這天，The Daily 挑出了在 07/15/2022 播出的 “一窺時間起源”。
這則新聞報導了太空科學界近30年來的爆炸性突破，會中選，一點都不意外。
2022年7月12日，美國太空總署(NASA The National Aeronautics and Space Administration) 發佈了從James Webb 太空望遠鏡拍攝到的第一批全彩照片。
我們來看看其中兩張。下圖看起來像是一片山峰綿延，湛藍夜空上有閃爍的星星點綴的照片，是不是很美? 其實這張照片展示的是一片新生的星星誕生的區域。
而下圖這張照片甚至拍到某個遙遠的星系，遙遠到光必須在宇宙中花131億年才能從這個星系到達地球。所以照片中這個星系是它在131億年前的樣子，相當於宇宙剛誕生，所有時間的起源，而這也是是人類目前為止對宇宙取得最古老的紀錄。
當我們望向天空的時候，總以為那裡是一大片空白，其間點綴許多微小的星星，但原來太空是這麼的美麗，有許多豐富又未知的星體。
這些照片一發布，全網那是一個沸騰啊。尤其科學家們心裡是激昂的不得了，甚至有人開玩笑，全世界的太空人們大概都在今天把他們的手機電腦桌面全改了成這幾張太空全彩照片。
要了解為什麼全世界對這些照片這麼激動，我們首先得先認識James Webb 太空望遠鏡(以下簡稱Webb)。
Webb 是目前世界上最大，最先進的太空望遠鏡。耗費了約25年才建造完成並成功運行。NASA剛開始預估僅需要15億美元，且約在2007年就能完成。結果最後花了100億美元且延後了14年才打造完成這架太空望遠鏡。
100億美元是什麼概念呢? 台灣2022全年度預算約800億美元。Webb僅一項太空計畫的成本佔了約台灣全年度預算的1/8。
為什麼成本會超支這麼多，還延後這麼久呢？NASA在建造過程中，發現困難度比預期的還要高出非常多：
- 首先，這個望遠鏡的反射鏡面非常巨大，有兩層樓的高度。另外還有跟網球場一樣大的遮光罩。因為Webb的反射鏡面和防光罩如此巨大，不可能塞進任何一架火箭。只能把鏡面和遮光罩像摺紙一樣折疊成一小片一小片，送到外太空後再一點點慢慢展開。
- 最關鍵的一點是，Webb計畫成功與否，只有唯一一次的機會。因為Webb會發射到離地球100萬英里之外的太空。因為太遙遠了，一旦發射之後，任何微小的錯誤都無法修正維修。Ｗebb必須按照一定的步驟慢慢展開，這過程中NASA總共列出了344個出錯點，只要有一項發生錯誤，這100億美元跟25年的努力就都立刻完蛋了。
哇，光想像就覺得是一個超級艱鉅的任務。
那麼，Webb跟目前現有的Hubble太空望遠鏡(以下簡稱Hubble)有什麼不同之處呢? 為什麼太空科學界這麼重視Webb? Webb能觀測到什麼Hubble不能觀測到的東西呢?
- 反射鏡大小
Webb的反射鏡幾乎是Hubble的三倍高，這使Webb蒐集光線的鏡面面積比Hubble大了6倍之多。
2. 觀測能力
我們都聽過，越亮的星星表示距離地球越近; 而越遠的星星光線越微弱，甚至肉眼看不見。這是因為光亮的光線在肉眼可見的藍色波段這邊，而隨距離變遠，光線波段會逐漸變成肉眼不可見的紅外線這邊的波段。
下圖解釋了Hubble 和Webb觀測的不同光線波段，我們可以看到Webb觀測的是肉眼不可見的紅外線，而Hubble觀測的是以可見光為主和少量的紅外線紫外線。
兩個望遠鏡雖然有重疊的波段，但明顯Webb能觀測到更微弱的光線。加上更大的反射鏡面，使得Webb能觀測到比Hubble微弱一百倍的物體。
網路上有網友製作了Hubble和Webb照片的比對，可以非常明顯感受到Webb的觀測能力提升非常多，星體的細節清晰很多。
3. 跟地球的距離
如前面提到的，Webb的設計是接收紅外線。紅外線雖然人類肉眼不可見，但是感覺得到的。紅外線其實就是熱能。當我們曬太陽時，感覺到的溫暖就是紅外線。如果想要接收到來自遙遠的太空星體的微弱熱能，Webb就必須維持在華氏負364度(攝氏負220度)這麼低的溫度。
因此，Webb就必須隔絕掉地球，月球，和太陽散發出的熱能。所以第一步就是把Webb放得非常非常遠。Webb距離地球100萬英里(150萬公里)，而Hubble距離地球僅332英里(570公里)。Webb和地球一樣繞行太陽，而Hubble則是繞行地球。
4. 任務目標
簡單來說，Hubble的任務以研究太陽系，周圍星體環境為主。而Webb的任務則添加了“時間”這個要素：了解宇宙生成後的狀態，研究星系時間中的變化，星體出生到死亡的過程，還有一項更特別的任務目標：找尋太陽系外的星系星體，其他星系星球的生命。
由此可知，Ｗebb的發射運行成功，能夠幫助人類認識更多宇宙未知的秘密，挖掘更多可能性。Ｗebb的研究發現，非常的讓人期待。
Background reading:
- https://webb.nasa.gov/content/forScientists/faqScientists.html#astronauts
- https://www.nasa.gov/content/goddard/hubble-vs-webb-on-the-shoulders-of-a-giant
- https://webb.nasa.gov/content/about/orbit.html
- https://www.nasa.gov/webbfirstimages
- https://newatlas.com/space/james-webb-vs-hubble-side-by-comparison-images/#gallery:2
- https://webb.nasa.gov/content/science/index.html
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