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摘
要
文丨团妈
前几日，NASA发布了詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的4张全彩照片和一颗系外行星的光谱数据，震惊了全世界。
人类一直在仰望星空。早在400年前，意大利天文学家、物理学家伽利略就发明了人类历史上第一台天文望远镜——伽利略望远镜，并第一次使用望远镜观测月亮。自那以后，人类不断借助望远镜观测太空，探索神秘宇宙与人类文明的连接。
今天就给大家整理一下，人类发明的那些超级望远镜。
发射时间：2021年12月25日
使用寿命：10年
观测对象：可见光和红外线
工作任务：观测宇宙更早期的图像
詹姆斯·韦伯太空望远镜（以下简称“韦伯”）被称作是“人类有史以来最强大的太空望远镜”，可观测宇宙更早期的图像，据说花掉了整个NASA过去20年来1/4预算。
图源@NASA
韦伯太空望远镜是为了接替，并升级前辈哈勃望远镜的红外观测局限而诞生。哈勃是强大的，但同时也是有局限的。哈勃最初的设计是用来观测可见光和紫外线，观测红外线对它而言，不是主要任务。
因此哈勃难以捕捉到宇宙初期更古老、更遥远的红外线“冷光”。如果我们人类想看到更古老的宇宙，就需要一款比哈勃更强大的红外太空望远镜！
图源@NASA
于是，历时25年研发，耗资100亿美元的韦伯望远镜承担了这个艰巨的任务。韦伯是史上第一款超级红外线太空望远镜，口径达到6.5米，展开之后是个长20米，高14米的大家伙，它的太空观测能力是哈勃的100倍。
至于韦伯望远镜的传感器有多灵敏？比较形象的解释是：如果韦伯的位置在地球上空，那么它可以探测到月球上一只大黄蜂的热信号。
图源@NASA
为了能更稳定地观测，韦伯被送到离地球150万公里外的拉格朗日L2点，寻找宇宙起源爆炸之后残留下来的那些古老光束。要知道这里可是比月球还要远出一大截（月球距离地球约38万公里）。
或许有人会发出疑问，哈勃已经拍到了至少130亿光年外的东西，为何还要发射韦伯呢？
其实哈勃观测到的是宇宙里很小的一部分，而且由于哈勃“视力”不够，因此很多图片不够清晰，韦伯是把每张照片的精度提高了，放大了，增亮了。让我们可以看到更多细节。而且韦伯的曝光时间很短，这张照片韦伯只曝光了12.5小时，就拍出来了这一切。
图源@NASA
这个装置着人类黑科技的超级望远镜，今后还会拍出越来越多令人惊奇的照片，继续在太空中探索宇宙的起源，让我们一起拭目以待。
发射时间：1990年4月24日
使用寿命：31年（目前处于停机状态）
观测对象：紫外线、可见光和近红外线
工作任务：探测宇宙深空，解开宇宙起源之谜
提到人类科学史上最重要的装备，哈勃望远镜应该是最权威的太空装备之一了。哈勃望远镜于1990年4月24日在美国肯尼迪航天中心发射，由发现号航天飞机送入距地面约600公里的轨道上运行。自此，人类有了第一颗“太空之眼”。
图源@NASA
可在2021年6月19日，NASA表示哈勃望远镜过去几天处于停机状态，原因是一个有效载荷计算机从13日起便停止了工作。NASA也一直在努力拯救哈勃望远镜，尝试通过各种方法唤醒老化的设备，不过目前NASA暂未公布哈勃的最新情况。
从1990年开始算起，哈勃望远镜至今已工作了31个年头。这31年间哈勃望远镜拍摄了30000多个天体和大量的星系照片，其中年龄最大有134亿岁；也曾观测到星云、黑洞等多种宇宙奇观；还拍下了许多令人新奇又震撼的图片，例如上帝之手、创生之柱等。它带领我们见过了宇宙中的太多美好。
图源@NASA
哈勃发射距今已30多年，这些年间光学其实发展了很多，但越来越多的望远镜已经和光学没什么关系，或者说不仅仅局限在光学领域了。
望远镜的发明本质上是模拟人眼接收光的信号。但光谱仅对人眼开放了一小部分，很大一部分是人眼无法感知的，人类可以看到的光波范围叫做可见光。在目前人类已发射的大型天文望远镜里，只有哈勃观测的是可见光，是真正意义上的“望远镜”。
图源@NASA
美国宇航局早在上世纪90年代便开始部署“四大空间天文台”，除了最早发射的哈勃、后面陆续发射了观测伽马射线的“康普顿”（1991年）、观测X射线的“钱德拉”（1999年）、以及观测红外线的“斯皮策”（2003年）。这些人眼感受不到的高能射线，我们可以借助这些特殊的望远镜，获得对宇宙较为完整的认识。
建成时间：2016年9月25日
使用寿命：30~50年
观测对象：接受宇宙深处的无线电波
工作任务：寻找宇宙深处的脉冲星
一提起天文望远镜，想必大家第一反应都是在天上。而这个外形神似一口“大锅”的望远镜，是我国在贵州黔南建造的射电望远镜，也是目前世界上最大的单口径望远镜。它的全名叫做“500米口径球面射电望远镜”，英文简称FAST，被誉为是“中国天眼”。
图源@新华网
这口“大锅”耗资将近12亿人民币，面积有30个足球场那么大，能装下超20亿立方米的水。因此它的大口径可接收到137亿光年以外的电磁信号，观测范围可达宇宙边缘，可以称得上是“人类看得最远的眼睛”。
同样是望远镜，射电望远镜和其他天文望远镜不太一样的是：射电望远镜都是在地表工作。因此中国天眼并未翱翔太空，而是扎根西南深山。
由于人眼无法直接看到无线电波，因此天眼的“大锅”主要接收宇宙中的无线电波，进而通过数据研究宇宙中的致密天体，如脉冲星以及无线电波段的天体。因此天眼的主要工作是寻找宇宙深处的脉冲星，而非地外文明。
而且为了防止电磁信号对它的观测造成干扰，方圆5公里之内是不允许携带电子设备靠近的。
中国天眼的成功建造，让我们一举超越了其他国家，并保持至少20年的领先优势。截至目前，中国天眼已经发现超过500颗脉冲星，比之前发现的总和还要多，妥妥的大国重器。
发射时间：预计2023年
使用寿命：10年以上
观测对象：近紫外、可见光到近红外波段
工作任务：将观测超10亿个星系，揭示宇宙演化奥秘
人类“坐井观天”已经几万年了，我们对宇宙的认识仍然非常有限，大部分区域我们都还没看过。因此我们急需对整个宇宙进行大普查，筛选一些值得观测的星系和天体。
而我们独立研发的巡天空间望远镜则非常适于这一点。作为中国空间站的光学舱，巡天空间望远镜的大小相当于1辆大客车，立起来有3层楼高，重达十几吨。它就像一个天然的宇宙放大镜，可以对极其遥远的、看上去亮度很微弱的星系群进行观察，帮助天文学家观测超过10亿个星系。
图源@新华网
中国空间站工程巡天望远镜科学数据责任科学家李然说：“哈勃望远镜的视野大概是我们手伸直后一个指甲盖大小的1/100，它已观测宇宙30年，但它所有的数据只占夜空中很小的一部分。这就好比山上有一群羊，哈勃望远镜能看到其中一只羊，而巡天空间望远镜可以把成千上万只羊都拍下来，而且每一只都和哈勃望远镜看到的一样清楚。”
值得一提的是，作为中国最昂贵的空间天文设施，巡天望远镜上搭载了非常厉害的巡天相机，会给超过40%的夜空区域拍照，将通过60万次的曝光，将三分之一的宇宙图像清晰地记录下来。
形象地说，就相当于把宇宙切一块回来放到地球上，然后把这些宇宙图像数字化，天文学家利用这些数据开展研究，有助于解答宇宙最基本的问题，比如暗物质和暗能量是什么，星系如何演化等等，帮助人类进一步理解宇宙。
此外，不同于韦伯只能“自生自灭”，巡天发射以后，它跟我们的空间站是共轨飞行的。当它需要补给或者维修升级的时候，巡天会主动跟空间站对接，也可以通过航天员的操作，对一些组件进行更换升级，有的甚至还可以运到实验舱内进行室内维修，尽最大可能延长巡天的寿命。
从古至今，人类探索宇宙的脚步不停，期待有越来越多的“时光机”，在这个嘈杂的时代深入宁静的星空，穿越宇宙洪荒时代，让我们一睹时间的形状。
