作者/邵思琦/台大地质科学系，沉迷于世界的浩瀚作者/林彦星/大理院学士班，清代，试图在阴沟里仰望星空。经过20年的等待，JWST的詹姆斯韦伯太空望远镜终于决定在2021年12月18日升空。作为哈伯的接班人，承受着全世界期待和压力的韦伯有什么特别之处？会给我们带来哪些新奇的发现？为什么一再扩大预算，迟迟不推出？
在这一系列文章中，我们将从观测波段的选择、镜头组结构的设计、轨道的放置等方面，探索处处充满精彩故事的韦伯太空望远镜。
以红外线仰望星空，究竟会看到甚么？
科学研究依赖于理论和实验的并行性。在天文学中，由于我们很难在实验室中复制天文环境，天文学家往往用“观察”代替“实验”，通过望远镜仰望星空来探索宇宙的奥秘。20世纪60年代太空望远镜问世后，观测数据的质量大大提高。
除了众所周知的长寿命哈勃望远镜之外，实际上还有数十架各种各样的太空望远镜被发射到轨道上。这些太空望远镜的观测波段跨度非常大，从伽马射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波到无线电波。望远镜的观测波段很大程度上决定了它能看到什么样的东西，研究什么现象。
JWST的主要科学目标是系外行星、早期宇宙/星系演化和恒星形成。图/太空望远镜科学研究所(CC by 2.0)在宇宙中，不同的物体和事件会释放出不同能量的电磁波，我们肉眼能看到的可见光只是所有电磁波的一小部分。波长越短，电磁波(如紫外线、X射线、射线)携带的能量越高；电磁波(如红外线、微波、无线电波)波长越长，能量越低。一般来说，天体的温度和能量越高，可以发出的电磁波能量就越高。
比如温度在几千到几万度的恒星，主要发出可见光；低温物体，如人体、尘埃和系外行星，主要发射红外辐射。而且红外线因为波长长，可以穿透一些可见光无法穿透的物质，让天文学家可以看穿厚厚云层后面的目标。最后，利用红外线，天文学家可以观测到宇宙中最早的星系，这对了解宇宙的演化历史非常重要。
为什么要把望远镜送上太空？
然而观察红外波段也有相应的缺点。
地面红外观测最大的问题是大气中的水分会吸收红外线，使得来自太空的红外线在进入望远镜之前会被中途拦截，而且红外线的波长越长，吸收越严重。所以如果要在地面进行红外观测，必须选择干燥的山地高原才能达到更好的观测效果，对环境的要求非常严格。而且，这仅适用于近红外线(波长更短的红外线)。对于波长几十到几百微米的远红外线，大气几乎完全不透明。
但如果没有远红外线的波段，天文学家很难对宇宙中的尘埃、早期星系和系外行星等令人兴奋的领域有更好的了解。因此，即使使用火箭向太空发射东西非常昂贵，即使我们不得不应对维护的不便和有效载荷的限制，科学家仍然希望将望远镜送入太空。于是，在外太空运行的大型红外望远镜的构想逐渐成型。
大气对不同波段的电磁波有不同的吸收率，那些几乎不被大气吸收，能从地面观测宇宙的波段称为大气窗口。图//NASA
一波三折！韦伯太空望远镜预计 12/18 升空
美国航天局(NASA)早在1996年就开始了一项名为“新一代太空望远镜”的项目。预计这台望远镜将成为哈勃的继任者，成为哈勃退役10到15年后NASA的下一台旗舰太空望远镜。2002年，为了纪念领导阿波罗登月计划的第二任主任詹姆斯韦伯，这台望远镜以他的名字命名，预计将于2011年发射。然而，由于技术和预算问题，该计划几乎减半。后来，美国宇航局大幅重组了整个计划，并将预定发射时间延长至2018年(见
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