量子点混合“涂料”是如何被发现的

天文学家们是一帮最闲不住的人！1989年大名鼎鼎的哈勃望远镜仅有1年就要走马上任之际，他们竟然就开始坐在一起，筹划哈勃望远镜的接班人啦。哦，可怜的哈勃。

二十多年过去了，退休年龄一再被延长的哈勃望远镜又郁闷了，其多次提出要一头扎向美丽的太平洋，结束常年不分昼夜“咔咔咔”给宇宙不停按快门的职业生涯，无奈，全被驳回。而这还是因为他的接班人——詹姆斯·韦伯望远镜。

【他比前任强一百倍】

韦伯望远镜目前最亮的头衔就是“哈勃望远镜的接班人”，可以想象，要是连这个头衔都没了，谁知道它是哪根葱？然，一旦踏上舞台，韦伯望远镜就会像躲避瘟神一样躲避这个早期的头衔。因为，他的能力和水平将超出哈勃100倍。就像上任后的狮子不会说：嗯，我是喵星人的接班人。

哈勃的工龄实在是太长了，历经5次大修，且它的某些部件老旧得像古董，如仍在使用英特尔486处理器。因此美国宇航局NASA迫切需要新一代的天文望远镜，这便是韦伯望远镜。

诺贝尔物理奖获得者约翰·马瑟，是韦伯望远镜项目的资深科学家，他已为其付出了近20年的心血。用他的话说：“‘哈勃’是将未知事物展现于人类面前，挑起了我们的求知欲；而关于这些事物的答案，我们要靠韦伯望远镜去探索。”

哇哦，这有点类似于是说，你拍了很多UFO照片，我却能告诉你这些不明物体到底是什么！

【去拍拍宇宙的婴儿照】

我们虽不能回到过去，但绝对能看到过去。且不难！实际上我们目之所及，都是过去的事儿。你此刻看到初升的红太阳，那其实是八分钟前的太阳。你看到正眨巴着眼的北极星，那也不是此刻的北极星，是它400年前的样子。

我们看得越远，就越能看到更遥远的过去。若说哈勃能看到宇宙的童年期，那么现在，天文学家们更雄心勃勃，打算穷尽世间技术，以便让韦伯望远镜去看看宇宙的婴儿期，一窥早期宇宙以及第一批星系形成时期的秘密。理论物理学家爱维·勒布说：”我们曾经丢失了这本相册中的几页，而这些是了解第一缕光、第一批星系如何形成的最令人激动的几页。”

理论认为，在大爆炸的光辉褪去之后，宇宙进入了一个长期的”黑暗时代”。最终，低温物质聚集坍缩形成了第一代恒星，出现了第一缕光。

“这是一个新的机遇。”诺贝尔奖获得者John.C.Mather说道，”这是一块从未被翻动过的石块，谁也不知道它下面藏着什么。没人知道大爆炸后所照亮的第一个物体是什么样，而这是我们早就应该弄清楚的。”

要看到如此遥远的地方，或者说要看到如此遥远的过去，绝非易事。

众所周知，作为电磁波一种的可见光，若被压缩，颜色就会变紫；若被拉伸，就会变红，再拉伸，就会变成不可见的红外。

因为大爆炸，各星系都在互相高速远离，这种远离会把可见光拉伸，于是，早期宇宙残留的光传到现在，已被拉伸了很多很多，为此，韦伯望远镜将要配备世界上灵敏度最高的红外线传感器、光谱器等。

【与地球并驾齐驱】

为避开大气层的干扰，哈勃望远镜跑到570千米的太空运行。而韦伯望远镜，它才不屑于只与大气层躲猫猫呢，它将走得更远。月球距地球虽有38万千米，但它依然还是地球的卫星。而韦伯望远镜，它将在距地球150万千米的地方上班，它成了太阳的卫星而非地球的。舍近求远的目的是因为这个地方有点特殊，叫第二拉格朗日点，那是个神奇的地方，很多精彩的科幻小说常把其当场景。

很容易就能发现，八大行星中，离太阳越远的行星，绕太阳转一圈需要的时间就越长，如海王星绕太阳一周需要164.8年。那么有没有这样的特殊情况：一个在地球周边的小物体，因其绕日轨道比地球稍长，故其绕日周期比地球也稍长，但因为在地球附近，所以地球对其始终有一个引力，这个引力不大不小，恰好拉了它一把，以致其能跟随地球同步绕太阳公转？有的，这便是第二拉格朗日点。

在这个地方，望远镜、地球和太阳基本上三点成一线，相对位置始终保持不变，且望远镜可以一直保持背向太阳和地球的方位，易于保护和校准，更重要的是，因其受到其它星体的引力干扰最小，不必来回地调整方位，这意味着可以节省大量的燃料。即，少量的燃料就可以让望远镜在第二拉格朗日点长期驻留。

【针尖上做道场】

在深空撑一把大遮阳伞

红外夜视仪，是根据夜间物体发出热量的不同，从而进行探视的。而韦伯望远镜主打红外探测，要想看到遥远过去的宇宙图像，必须严格避免周围热源的干扰。正如你很难在大白天看到萤火虫和星星一样。

红外线望远镜对热极为敏感，所以韦伯望远镜必须搭建一个遮阳伞，以遮蔽来自太阳、地球，甚至月球的热量。根据设计，这把遮阳伞将有一个网球场那么大，且有五层。如此做的目的是必须让望远镜及其所搭载的仪器冷却到它们零下233℃的工作温度。在如此低的温度下要让所有仪器工作正常绝非易事，但这远非此工程中最难的事。

传奇般的镜片

反射式望远镜，当然是反射的光越多，性能越强大。哈勃望远镜的镜片直径2.4米，这是那个时代的技术极限。而韦伯望远镜的镜片原计划是8米，后因经费问题，减到6.5米。就算这样，哈勃在它面前依然还是相形见拙。

要把直径6.5米的镜片塞入火箭并运到深空是一件无法完成的事。所以，设计人员把大镜片分成18块子镜片，折叠起来，塞入火箭，到达目的地后再像变形金刚一样展开。18个子镜面组成一个统一的主镜面，这需要它们的排列精度误差小于人类头发直径的万分之一，说它是在针尖上做道场一点也不为过。韦伯望远镜若全被伸展开，将有一架波音737客机那样大小，万一什么地方卡壳而展不开或者展开的误差太大呢？那，这将是一场灾难。想象一下，那可是150万千米的深空，你很难载人去帮它一把。嫦娥二号卫星从月球出发到第二拉格朗日点，途中还飞行了77天。所以，这是一次只许成功，不许失败的大工程，也可以说是大赌博，赌资高达80亿美元。

镜片的磨制

计划的早期，天文学家曾打算用超低膨胀玻璃。但当把试验镜片冷却到零下233℃时，玻璃发生的弯曲足以使望远镜完全失效。最后，镜片的材料选择了铍。

然而，“要制作没有残余应力的铍金属镜片是极为困难的，”光学工程师Bob Brown说，“切割金属的表面会使剩余的金属部分有向上弯曲的趋势。”

另外，抛光六边形的镜片也非易事，直到距离边缘5毫米处都是要抛光的，如此高难度的抛光是第一次。若未经抛光边缘的宽度增加一倍（10毫米），那将使望远镜的反射光量减少1.5%，对于如此浩大的这个工程来说，绝对是一个重大的损失。

抛光后还需经过重重检测，为了检测镜片的表面平滑度，实验室是完全封闭的，连温度和空气流动都在严格的控制之下。技术人员使用衍射图、红外线激光器以及其他工具测量镜片表面几十万个点的高度。一块子镜片可能要在抛光设备和测量实验室间往返几十次后，才能使它的形状和平滑度达到NASA的要求。

给镜片镀一层金

纯铍在近红外波段的反射性并非最理想的，因此每块分镜面都必须镀上大约3.4克的黄金。

从2010年6月开始，NASA的工程师们开始为每一块子镜片进行涂层处理工作，镜片表面的黄金涂层厚度是120纳米，而120纳米比一个人的头发还要细200倍。负责这项工作的伊恩史蒂文森说：在对韦伯望远镜黄金涂层处理时，我们面临着许多技术挑战，这些涂料并不是简单制作而成，而是量子涂料，有着非常复杂的制作工序。

科学家将黄金涂料加热到1371摄氏度，使黄金涂料由固态变成液态，并蒸发到铍制镜片上，完成涂层。

直到2011年9月，NASA才完成这18块子镜片的黄金涂层工作。同年12月，完成了所有镜片的冷冻试验。

远程控制镜面

哈勃升空后曾经存在一处光学缺陷，为了这个缺陷，宇航员在哈勃发射3年后乘坐航天飞机去为它安装了一个光学校正镜，这才挽救了它。而韦伯望远镜不可能有如此奢侈的补救机会。

望远镜发射升空后，某种热梯度的影响会使望远镜发生轻微变形；还有，在观测过程中，需将镜面对准不同的方向，这时候也会产生极微小的温度变化，而这个变化也会带来镜面轻微的变形。

为确保韦伯望远镜升空后能精确聚焦，科学家们设法在每个子镜片后面都装有7个微型电机，每个电机可以通过推、拉使子镜面的位置产生略超过10纳米的改变。如此，只要从地球发送微波信号到150万千米的地方激活子镜面背后的7个微型电机，就可以单独调整每一块子镜面相对于其他子镜面的曲率和方位，以补偿这些变形。

【那么，何时发射】

“别提了，说出来全是眼泪！”韦伯望远镜说，“本来哈勃老哥2010年退休。可谁知，他大修一次后，我就被推迟到2013年上任。实际上哈勃他总共大修五次啦！”

“更伤心的是，因财政预算紧张、项目超支等问题，2011年7月，美国众议院投票决定：在2012年的预算案中，终止为我拨款。你说我伤不伤心？”

“还好。”韦伯忍不住又说，”天文学家们积极行动起来，纷纷呼吁国会恢复对我的支持。作为妥协，2011年9月，NASA制定了一个2018年发射的新计划，这才换来了国会对我的重新支持。唉，好个伤心的2018！不说了，我的眼睛又湿润了。”

对此，美国宇航局NASA有话说：“嗨，韦伯老弟，哈勃虽然被大修了五次，但你知道吗？它离地球只有570千米，乘坐航天飞机去维修它虽代价高昂但也是一件可行的事。而你……要是坏了！”NASA的眼睛也湿润了，“真的，我们除了抱在一起痛哭一场外，真的没有其它补救措施。所以，请理解，我们为了你绝对的高可靠性，而在时间上做出的牺牲。”

哈，对以上问题，天文学家们才不管呢，因为他们是一群不知疲倦的人——在韦伯望远镜还没升空的今天，据说他们又开始计划韦伯的接班人了，佩服。

经此一次，NASA应该懂得这个道理了吧：你要不给天文学家们找点事做，他们就会给你找事做！

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