韦伯望远镜：
为什么要去 150 万公里外看红外

2021 年 12 月 25 日协调世界时 12:20，阿丽亚娜 5 号火箭从法属圭亚那库鲁航天中心升空，把詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）送入太空。它的主镜直径 6.5 米，由 18 块镀金的六边形铍镜拼成，一张 5 层、约网球场大小的遮阳伞替它挡住太阳的热量。2022 年 1 月 24 日，它抵达距地球约 150 万公里的日地第二拉格朗日点（L2）附近。这台总投入约 100 亿美元的望远镜，干的活和哈勃很不一样。

决定使命的是波长

很多人以为韦伯是「更大的哈勃」。它确实更大，哈勃主镜 2.4 米，韦伯 6.5 米，集光面积约为哈勃的 6 倍。但真正决定它使命的，是波长。

宇宙在膨胀。天体离我们越远，它的光在路上被拉伸得越多。可见光的波长约 400 到 700 纳米，拉长十几倍就落进了红外波段。这叫宇宙学红移，红移值 z 等于拉伸倍数减一，z = 14 意味着波长被拉长了 15 倍。宇宙早期那些星系的光几乎全被拉进了红外，要看它们，就必须用红外望远镜。

这在地面上几乎无解。地球大气里的水汽和二氧化碳吸收了大部分红外波段，望远镜自身只要不够冷，它的热辐射也会在红外里「发光」，把暗弱的信号淹没。

足够远，也足够冷

所以韦伯去了 L2。在日地系统中，L2 位于地球背对太阳的一侧，距地球约 150 万公里，探测器在这里可以相对稳定地跟随地球绕太阳运行，太阳、地球和月球始终在同一个方向。韦伯只需一顶伞，就能把这三个热源同时挡在身后。严格说，韦伯并不停在 L2 这个点上，而是沿一条很大的晕轨道绕 L2 运行。

遮阳伞是工程上的重头戏：5 层聚酰亚胺薄膜叠在一起，展开约 21 米 × 14 米。向阳面约 85°C，背阴面低到约 −233°C，同一台设备两侧温差超过 300°C。正是靠这道热屏障，望远镜的光学系统和红外探测器才能保持极低的温度，安静地接收来自宇宙的红外光。中红外仪器 MIRI 还另配了制冷机，把探测器冷却到约 7 K。

韦伯的工作波段约为 0.6 到 28 微米，从近红外一直延伸到中红外。这个窗口里，藏着早期宇宙、恒星诞生区和行星大气的化学指纹。

它交付了什么

2022 年 7 月 11 日，星系团 SMACS 0723 的韦伯深空场图像率先公布，画面里有数千个星系，许多暗到哈勃看不到。次日，船底座星云的「宇宙悬崖」等其余几张首批科学图像相继发布，恒星诞生区的细节清晰得前所未见。

在系外行星方向，它做成了此前难以做到的事：分析行星大气的成分。2022 年，研究团队在气态巨行星 WASP-39b 的大气中明确探测到二氧化碳，这是首次在系外行星大气里确认这种分子。方法并不复杂：行星从恒星前方经过时，星光穿过行星大气，特定波长的光被特定分子吸收，在透射光谱上留下缺口，缺口的位置就对应分子的种类。

看得远，就是看得早

光速有限，看得越远，看到的就是越早的宇宙。2024 年 5 月，韦伯团队公布了星系 JADES-GS-z14-0，红移约 14.3（后经阿塔卡马大型毫米波阵精确测定为 14.18），对应大爆炸后约 2.9 亿年。2025 年 5 月，这一纪录被 MoM-z14 刷新：红移 14.44，对应大爆炸后约 2.8 亿年，光离开它时，宇宙还不到 3 亿岁。截至 2026 年 10 月，还没有经光谱确认的星系比它更远。

一个容易忽略的细节是，宇宙在膨胀，这些天体「现在」的位置比它们发光时远得多。距离要区分「光走了多久」和「现在离多远」：MoM-z14 的光走了约 135 亿年，而它现在离我们约 338 亿光年。

更值得琢磨的是，这些早期星系里已经测出了碳、氮、氧等元素，而这些元素只能在恒星内部合成。这意味着在它们之前，已经有一批恒星活过、死过。我们看到的，仍然不是宇宙的首批恒星。

不是取代，是换了一个窗口

韦伯常被拿来和哈勃比较，但两者是分工，不是接替。哈勃在可见光和近紫外波段的能力依然不可替代，截至 2026 年 10 月仍在运行，两台望远镜经常联合观测。

韦伯的价值，是把一个此前很难有效观测的波段，变成了常规的天文窗口。它没有推翻已知的物理学，却让「宇宙的开端」从理论推演变成了可以逐点测量的数据。而这一切的起点，是一个折叠起来送上天、飞到 150 万公里外再一层层展开的精密结构，18 块主镜镜片要对齐到纳米量级。

在探索太阳系里，韦伯和欧几里得、罗曼空间望远镜都归在「拉格朗日点」一组，三者都在日地 L2 附近运行，韦伯沿晕轨道绕 L2 转动，拉近还能看到它的 3D 模型。