为什么美国宇航局的詹姆斯·韦伯空间望远镜将在距离地球近100万英里的轨道上运行
美国宇航局之所以要将詹姆斯·韦伯空间望远镜放在距离地球近100万英里的轨道上运行，一切都是为了保持望远镜处于低温的环境。
这是一幅美国宇航局詹姆斯·韦伯空间望远镜空间站的艺术插图，它将停留在太空中的地日第二拉格朗日点，从太阳的角度来看，这个地方就在地球的正后方。（图源：诺斯罗普·格鲁曼）
美国宇航局的詹姆斯韦伯空间望远镜在很多方面都将比其著名的前辈更加极端，包括它身处的宇宙位置。
耗资100亿美元建造的韦伯空间望远镜比哈勃空间望远镜更大、更复杂、更强大，而后者已经在地球轨道上研究天体超过30年了。
它也将飞向更远的地方ーー朝着火星方向（非太阳方向）的地日第二拉格朗日点(L2) ，该点距离我们的地球约93万英里(150万公里) 。
拉格朗日点是重力稳定点，在这里航天器或多或少可以“停留”，并且可以在不消耗过多燃料的情况下保持同样的相对位置。但是韦伯望远镜去往第二拉格朗日点并不是为了保存推进剂，而是为了在那里保持低温的环境。
韦伯望远镜能够使用红外线(IR)观测宇宙，而红外线这种长波长的电磁波具有热效应(相比之下，哈勃主要在可见光和紫外光波段拍摄)。为了接收最微弱的红外信号，韦伯望远镜的科学仪器必须保持极端的低温状态，所以这个望远镜有一个五层的遮阳板，当它完全展开的时候，将有一个网球场那么大。
但是，如果遮阳板背对太阳，它就无法提供必要的保护，这时第二拉格朗日点的作用就彰显出来了。
“这个轨道的特别之处在于，它让望远镜在绕太阳运行时与地球保持在一条线上,”美国宇航局工作人员在一篇解释第二拉格朗日点的文章中写道。
他们补充说道：“这使得卫星巨大的遮阳板可以保护望远镜不受太阳和地球(以及月球)的光和热的影响。”“这就是为什么将望远镜设在第二拉格朗日点的原因。”
如果一切按计划进行，韦伯望远镜的仪器将在零下370华氏度(零下225摄氏度)左右工作。与此同时，韦伯望远镜温度较高部分的太阳能电池板、通讯天线和其他非科学设备的温度将在185华氏度(88摄氏度)左右。
“望远镜冷热两侧的温差非常大ーー你几乎可以在热的一侧烧开水，在冷的一侧冻住氮气!”美国宇航局工作人员写道。
韦伯望远镜放置在第二拉格朗日点的距离突出了其与哈勃望远镜另一个关键的区别。老式的哈勃望远镜被设计来服务于太空行走的宇航员，他们在1993年到2009年之间对哈勃望远镜进行了五次维修和升级。其中第一个任务尤其重要，它修复了哈勃望远镜主镜上的一个缺陷，这个缺陷导致望远镜最初拍摄的图像非常模糊。
但是第二拉格朗日点距离地球有93万英里之远，以至于无法送宇航员过去，所以韦伯望远镜——其主镜有21.3英尺(6.5米)长，几乎是哈勃望远镜的3倍宽——将独自在第二拉格朗日点上运行。
拉格朗日点与地日系统的关系图（图源：NASA/WMAP科学小组）
韦伯望远镜需要在发射后的30天才能到达目的地。一旦进入第二拉格朗日点的轨道，韦伯望远镜将绕着这个点旋转并进行全面检查，而不是简单地停留在上面。此后，这架望远镜将开始一场前无古人且内容丰富的观测活动。韦伯望远镜将研究宇宙中最早的一些恒星和星系，嗅探附近系外行星的大气，寻找可能存在生命的迹象以及许多其他的任务。
韦伯望远镜不是首个在第二拉格朗日点停留的宇宙飞船。在那里运行的还有美国宇航局的威尔金森微波各向异性探测器望远镜(从2001年到2010年) ，欧洲航天局的赫歇尔太空望远镜(2009年到2013年)和普朗克探测器(2009年到2013年)。
还有一些其他探测器在距离地球朝向太阳方向93万英里的地日第一拉格朗日点工作过。这些探测器包括美国宇航局和欧洲航天局合作的太阳及日光层探测仪，以及美国国家海洋和大气管理局与美国宇航局合作的深空气候观测台。
拉格朗日点总共有五个，L3虽然与 L1、 L2在一条直线上，但在太阳的另一面。而L4和 L5则在地球轨道上，分别在地球前方和后方60度。
BY:Mike Wall
FY:蓝多多
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望远镜将在地球和太阳之间的重力临界点漂移。
詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）正在接近它的新家。1月24日，它将到达太空中的一个点，科学家们称之为拉格朗日点2 ，或L2。
这是一个微妙的引力临界点的技术名称。在地球-太阳引力系统中，地球的引力完美地平衡了太阳的引力。JWSTs的设计者计划让他们的望远镜漂移到那里，因为在那里，望远镜可以进行工作而不会被引力推离那个位置。
“我们知道我们需要将JWST保持在L2”，美国航天局在JWST的行星科学家斯蒂芬妮米拉姆说。
每对引力互相约束的物体，比如太阳和它的行星，或者行星和它的一个卫星，都有五个拉格朗日点。小行星或航天器可以生活在这五个点中的一个点，而不会掉出轨道。
1765年，数学家莱昂哈德·欧拉计算引力方程，找到了前三点。这三个L1、L2和L3形成一条直线。以地球和太阳为例。L1位于地球和太阳之间：更准确地说，距离地球约93万英里（ 150万公里）。L2隐藏在地球的远端：它距离我们大约93万英里，面对太阳系的外围。
1772年，欧拉的一位亲密通讯员，另一位名叫约瑟夫-路易斯·拉格朗日的数学家，再次研究了这些方程，意识到还有两个点存在： L4和L5。它们位于地球轨道上， L4在我们前面一点， L5在我们后面相等的一点。
L4和L5比它们的同类更稳定，它们可以吸引气体、灰尘，甚至更大的物体。天文学家已经在太阳和地球的L4和L5上发现了至少两颗小行星，他们正在寻找更多的小行星。其他太阳行星对也在这些点捕获了物体。太阳和木星的L4和L5点是整个小行星群的家园，这些小行星被称为特洛伊木马， NASA的露西探测了这些小行星 将访问.
L3是没有对应方的奇点。要找到它，你必须一直走到太阳的另一边，靠近我们轨道上的相反点（但是，因为地球的引力巧妙地吸引了太阳，并不完全是相反的点）可以预见的是，航天器要轻易到达那里有点不切实际；没有已知的航天器把L3称为家。
但L1和L2对我们来说更容易参观，每一个都不到地球到月球的距离的四倍。L1 ，面向太阳的栖息处，一直是一个理想的踩踏场地或踩踏空间，用于观察我们的恒星或太阳风中的粒子流。
另一方面， L2位于地球的阴影中。这个地点是理想的，飞船可以窥视太阳系以外的广阔宇宙的位置。目前，欧空局的盖亚正在测量与恒星的距离，以及X射线天文台斯佩克特-RG。1月24日，JWST将加入他们的行列。
从JWST的规划开始，几十年前，它的设计师和规划者就决定L2是它的合适位置。JWST是一种红外望远镜。热也是红外的，所以在地球轨道上，不断地旋转到阳光下是不理想的。即使是来自我们自己星球的热量也会使望远镜极其挑剔的观测结果消失。
“任何来自地球或月球的热量都是我们必须与之斗争的东西，我们正在努力探测宇宙中星系和恒星最微弱的信号，”米拉姆说。
将JWST放置在远离地球的L2处，可以规避这个问题。在地球的阴影中也意味着望远镜可以使用 遮阳板而不是像哈勃太空望远镜那样被包裹在管子里这也是JWST可以使用其巨大镜子的部分原因。
Milam说，在L2还有其他好处。例如，离开地球轨道意味着躲避其他航天器，以及大多数可能会撞上望远镜并损坏它的太空垃圾。
但有一个问题。JWST距离地球太远，不容易进行维护。这与哈勃形成了鲜明对比，哈勃在地球轨道上的位置意味着NASA很容易进行维修，包括著名的镜像作业.
JWST不会固定在L2位置上，实际上是在围绕它的微调轨道上。它的轨道也不会完全稳定。太阳的辐射力向下推到遮阳板上，会轻轻地把JWST推到合适的位置。米拉姆说，“不像哈勃，我们没有地球的引力来帮助我们”控制飞船的动量。
因此， JWST需要不断调整才能保持原样。Milam说，弄清楚这需要什么，是JWST的运营商在未来几个月里将玩的事情。周一望远镜到达到位后，他们将开始检查，以确保所有仪器都能正常工作。然后，观察开始。
一旦JWST在L2的同伴附近定居下来，一切都可能会安静下来，至少在几年内。
还有六多个其他任务将前往那里。例如，南希·格蕾丝·罗马太空望远镜将在2020年代晚些时候前往那里。欧空局的暗物质观察者欧几里德、柏拉图和阿里尔这两架欧空局望远镜将窥视系外行星；以及日本试图窥视宇宙最早时代的LiteBiRD任务也将如此。