詹姆斯・韋伯太空望遠鏡：宇宙探索的新起點

「我們將能夠看見宇宙的起源；包括恆星的誕生、新生的太陽系、和不斷演化的星系。因為在距離地球大約150萬公里的軌道上，有一台新的望遠鏡正在運行，它會以人眼看不見的光來凝視過去、並觀看宇宙形成的軌跡。」
中文世界第一本專書，完整介紹哈伯望遠鏡的繼承者：詹姆斯・韋伯太空望遠鏡
書中以大量照片、插畫、示意圖和圖表，解答韋伯望遠鏡的大小事，並欣賞韋伯至今所拍攝的代表性驚人影像：
●韋伯望遠鏡和亞利安5號火箭的基本數據
●韋伯望遠鏡和飛行器本體上的各大儀器模組與子系統詳解
●透過手機掃描QR code影片，快速掌握宇宙的歷史、韋伯的運行軌道等關鍵概念
●NASA與ESA公布的韋伯拍攝成果，展現前所未見的宇宙奇景，與韋伯對未來科學研究的重要性
●珍貴的實驗室現場照片，展示韋伯望遠鏡在NASA與各國航太機構的建造測試過程
●韋伯望遠鏡可望回答哪些重大的科學問題
●韋伯的紅外線觀測能力如何帶來新的發現
●韋伯如何應用創新的航太工程技術，建造出巨大的摺疊式主鏡，解決升空、維持低溫、無法派人維護等棘手難題
●未來韋伯望遠鏡將與哪些下一代地面望遠鏡合作，共同揭開宇宙的奧祕。

「今天我們透過詹姆斯・韋伯太空望遠鏡，把宇宙的嶄新面貌呈現在人類面前——這是我們過去從來不曾見過的視野。」——美國航太總署署長比爾・尼爾森（Bill Nelson）

詹姆斯．韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）在2021年12月成功發射，是全世界在經歷了艱難疫情、一年即將結束之際殷殷盼望的好消息。許多國家轉播了發射實況，令人回想起20多年前國際太空站升空、甚至更早之前阿波羅計畫帶來的振奮。
韋伯在2022年1月完成部署，正式成為哈伯太空望遠鏡的接班人。早已超過服役年限的哈伯將在停止維護後逐漸失去功能，它的任務與角色將交棒給韋伯，以更加銳利的紅外線視野，探索更遙遠的宇宙起源。
本書由韋伯望遠鏡的科學作業中心「太空望遠鏡科學研究所」編寫，集結了NASA與共同開發韋伯望遠鏡的各國航太公司和實驗單位的資料，以簡明的科普語言說明韋伯肩負了哪些迫切的科學任務，以及這架「時光機」的運作原理，包括紅外線觀測、工程概念、主鏡和遮陽罩設計、科學儀器和相機、飛行器系統等。最後敘述韋伯如何與新一代的地面天文台聯手，為未來的天文學開創新局。

太空望遠鏡科學研究所
這所科學中心由NASA委託大學天文研究協會（Association of Universities for Research in Astronomy，簡稱AURA）籌辦，於1981年在美國巴爾的摩的約翰霍普金斯大學霍姆伍德校區（Homewood）創立，作為當時「大太空望遠鏡」計畫（即後來的哈伯太空望遠鏡）提供長期指導與支援的的獨立機構。目前除了持續執行哈伯的科學任務和韋伯的經營管理與研究計畫，也負責克卜勒任務的資料管理，並作為其他天文觀測計畫的支援中心，未來也將作為南西・羅曼太空望遠鏡的科學控制中心。

譯者　徐麗婷
政大應用物理所兼任助理教授，北市天文館期刊《臺北星空》特約作者。於德國慕尼黑大學取得物理博士學位，博士論文即是以哈伯太空望遠鏡的觀測結果作為主要的研究資料來源。曾於德國馬克斯．普朗克地外物理研究所、中研院天文物理研究所從事研究工作。目前專注於科普教學、寫作和翻譯。平時並帶領科普讀書會，積極推廣天文科普知識，希望能以淺顯的語言文字讓大眾領會科學之美。譯有《哈伯寶藏：哈伯太空望遠鏡30年偉大探索與傳世影像》。

第一章　前言　6
第一節 細究宇宙時空 10
第二節 巨大的太空鏡面 26

第二章　科學概述　30
第一節 從黑暗時期到第一道光 34
第二節 宇宙網 44
第三節 宇宙的基本單位 48
第四節 新恆星，新世界 56
第五節 有生命的行星 64

第三章　太空望遠鏡　80
第一節 遮陽罩和低溫技術 88
第二節 鏡面 100
第三節 工程系統 114
第四節 儀器 120
第五節 太空漫遊 138

第四章　韋伯新視界　144

第五章　結語　168
圖片出處
名詞解釋
作者簡介

【內文試閱】
詹姆斯．韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）是NASA的新一代軌道天文台，也是哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）的後繼者。這個跟網球場差不多大的望遠鏡，在遠超過月球距離的軌道上運行。韋伯能夠偵測到紅外線輻射，就像哈伯可以在可見光波段觀測一樣。
紅外線的觀測對我們了解宇宙非常重要。我們可以在紅外線波段偵測到距離地球最遠的天體；而較低溫的天體雖然在可見光看不見，卻可以在紅外線被偵測到；且紅外線能夠穿透塵埃，讓我們看見深埋在塵埃深處的天體。人類對於宇宙樣貌的理解才剛開始成形，而韋伯即將獲得大量的新發現，這將會為人類打開觀測宇宙的大門。
透過頂尖的科技，NASA、歐洲太空總署（ESA）和加拿大太空總署（CSA）的科學家和工程師，合作把韋伯望遠鏡一點一點建構起來，成為一套創新的天文台。它不僅可以抵禦酷寒的太空環境，而且還能轉而利用酷寒帶來的優勢。韋伯能夠摺疊起來，裝進火箭內部發射升空，然後到了快要接近軌道時，再像蝴蝶打開翅膀一樣的展開。2021年12月25日，韋伯望遠鏡在法屬圭亞那發射，於2022年1月25日抵達位於第二拉格朗日點（L2）的預定觀測位置，展開對宇宙的探索。超新星和黑洞、新生星系、和有可能發展出生命的行星──韋伯將幫助我們解答某些天文學中最大的謎團。

未來的願景
韋伯將能揭露宇宙起源的祕密
哈伯太空望遠鏡的開創性發現，清楚地向我們表明：我們還需要更深入地探索宇宙。這也是我們對哈伯的繼承者詹姆斯．韋伯太空望遠鏡的期待。韋伯將會面對在紅外線宇宙中發現的新謎題，並回答人類自古以來的疑問：恆星、星系和行星為什麼會存在？宇宙中只有我們嗎？
哈伯太空望遠鏡在三十多年前開始了宇宙探索之旅，而今韋伯太空望遠鏡將延續哈伯的志業，帶領我們展開更加宏偉的旅程。就如同哈伯過去對我們所示範的，韋伯未來的重要發現必將讓我們更了解過去從未想像過的天體現象。

對紅外線視野的需求

1994年，在哈伯太空望遠鏡升空後僅僅四年，天文學家就開始構思下一個大型的太空天文台。雖然哈伯在解開宇宙的奧祕上有卓越的進展，但另一種在科學上非常強大的新型望遠鏡正逐漸出現，這種望遠鏡將在距離地球很遠的地方運行，體積比過去發射到太空的所有望遠鏡都要大，而且是針對紅外線觀測進行最佳化設計。
在天文學中，電磁光譜中的紅外線波段提供了非常豐富、寶貴的科學數據。而且，隨著哈伯太空望遠鏡徹底改變了可見光學天文學，下一代天文台將在紅外線波段上做出同樣重大的貢獻，因為對於非常古老、遙遠的宇宙，紅外線觀測扮演了關鍵的角色。
星光在太空中前進了數十億光年，會受到宇宙膨脹效應的影響。在穿越宇宙的旅程中，隨著空間本身的膨脹，光波會被拉長（也就是位移）到更長、更紅的波段。最後到達地球時，最遙遠的恆星發出的可見光已被拉長到只能在紅外線波段中偵測到。 因此，宇宙最早期的恆星和第一代星系從可見光的視野中消失了，一來是因為它們距離地球太遙遠，再者也是因為宇宙本身從大霹靂開始就持續地高速膨脹。
為了將視野擴展到更遙遠的宇宙，天文學家必需設法偵測到更暗的天體，並觀測到紅外線中更遠的波段。