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詹姆斯．韋伯望遠鏡（James Webb Space Telescope）的發射經過多次延期之後，如今終於指日可待。望遠鏡預計在今（2021）年發射升空，飛往繞行太陽的軌道。這座眾所矚目的太空望遠鏡，是美國、歐洲、加拿大等多國共同合作的任務。望遠鏡名稱是為了紀念曾任美國航太總署署長的韋伯（James E. Webb），他在任內領導知名的阿波羅登月任務（Apollo program）。

紅外光望遠鏡的巧妙設計

常有人說，詹姆斯．韋伯望遠鏡是哈伯望遠鏡（Hubble Space Telescope）的繼任者，但事實上兩者的功能不太一樣。哈伯望遠鏡主要觀測可見光和紫外光，只涵蓋少許紅外光波段，也就是波長0.8～2.5微米（μm）的光；而詹姆斯．韋伯望遠鏡則主要觀測紅外光，可接收波長0.6～28微米的光，因此它比較像是哈伯望遠鏡的延伸，而非替代者。

建造紅外光望遠鏡的一大挑戰，在於有太多東西都會發出紅外光，干擾儀器接收的訊號。例如人體雖然不會發出可見光，卻是一個強烈的紅外光源，甚至就連望遠鏡本身也會發出紅外光，影響天文觀測。因此，紅外光望遠鏡必須在極度低溫的環境下運作，才能有效阻止雜訊，順利觀測。

詹姆斯．韋伯望遠鏡的設計十分巧妙，它使用太陽盾（sunshield）來遮擋陽光。太陽盾是以一種稱為卡普頓（Kapton）的薄膜製成，其具有很大的熱阻（thermal resistance）效果，而且可以同時在高溫與低溫環境下保持穩定。太陽盾的結構共有5層，每層都能以輻射方式釋放熱量，而各層間的真空隔層也能夠阻絕熱量傳遞。其效果是一層比一層低溫，朝向太陽的一面溫度高達85°C，而背對太陽的望遠鏡本體則可在-223°C的低溫環境運作。

不過還有個問題，由於地球與太陽都是強烈的紅外光源，太陽盾卻只能遮擋其中一面（全部遮住就不用觀測了）！那沒遮到的那面又該怎麼辦呢？辦法就是將望遠鏡放在適當的軌道上，讓地球與太陽永遠位在望遠鏡的同一面，可以一併遮擋。因此，詹姆斯．韋伯望遠鏡的軌道會保持在地球的背陽面，跟著地球一起繞太陽轉，不同於哈伯望遠鏡繞地球公轉的軌道。

詹姆斯．韋伯望遠鏡預定坐落在日地系統的第二個「拉格朗日點」（Lagrangian point, L2），在這個位置上，能使望遠鏡一直在地球的背陽面繞著太陽轉。（NASA / WMAP Science Team, public domain, Wikimedia Commons）
 

波長為0.6～5 微米的近紅外光，其觀測所需保持的溫度約為-234°C，這部分可以靠著太陽盾達成。但波長為5～28微米的中紅外光觀測就比較麻煩，需要降到-266°C，也就是絕對溫度7度（K）的極度低溫，此時已無法只依靠太陽盾的被動冷卻機制，還需要動用主動冷卻系統來進一步降溫。這就有點像是某些食物不能只放在陰涼處保存，還必須利用冰箱冷凍。……【更多內容請閱讀科學月刊第621期】