人類最強望遠鏡到底能看見什麼？NASA為甚麼要死保它

大家好 我記得這期視頻我們來講前不久剛發射的人類時尚最貴 年紀最長的天文望遠鏡 鴿王之王 詹姆斯 尾部 記得我上小學的時候特別喜歡上課 看什麼百慕大三角失蹤 金字塔復活外星人交配之謎 有一次被班主任逮到 他說你看的這些都沒意思 再過幾年 比哈伯更牛的望遠鏡詹姆斯尾部就要發射了 到時候科學家直接瞄着外星人看 洗澡都給你看的清清楚楚 那纔是真的牛逼 所以你應該努力成爲一名科學家 於是我就等啊等 這一等就是十幾年 這十幾年裏班主任的女兒結婚了 我一直沒有成爲科學家 詹姆斯尾部也一直沒有發射 直到上個月 他終於給我的青春畫上句號 首先我們要知道詹姆斯尾部的目的是什麼 答案是看到更遠的星系 甚至是宇宙邊界 看到宇宙的過去 甚至是第一顆星辰 解開宇宙謎題 甚至是這個世界的真相 這是NASA官網的一張宇宙成長圖 我們可以看到宇宙在大爆炸中誕生 首先發出了最古老的光 那又是橘黃色的微波背景輻射 在經歷了一段黑暗世紀之後 第一顆星星出現了 緊接着第一顆星系出現了 隨後宇宙不斷膨脹 產生了無數的星星 無數的星系 如今我們在這裏 而尾部可以幫我們看到這裏 那麼如何看呢 舉個例子 一輛火車從你面前開過去 聲音會先變尖 然後變平 這是因爲聲音是一種波 火車向你跑來的時候 聲波被壓縮 頻率升高 聲音變得刺耳 火車遠離你的時候 聲波被拉長 頻率降低 聲音變得低沉 這就是聲波的多普勒效應 同樣光也有波的特性 如果離地球很遠的恆星在靠近地球 我們就會看到它的光波長縮短 如果它遠離地球 那麼就會看到光波長變長 這就是光波的多普勒效應 我們把其中的光波變長 成爲光的紅移 在此基礎上的美國天文學家哈勃 發現了一件事 就是他觀測到的所有樣本星系的譜線 都呈現普遍性的紅移 這意味着一件事 所有星系都在離我們遠去 這很奇怪 因爲之前我們根據光波的多普勒效應 發現銀河系裏的恆星光 有的藍移 有的紅移 怎麼銀河系外面所有的星系 都在離我們越來越遠的 難道我們是瘟神嗎 天文學家們仔細研究後 驚出一身冷汗 恐怕這不是簡單的光波多普勒 而是時空在膨脹 宇宙在膨脹所導致的結果 如果這是真的 可能意味着宇宙就像一張大餅 它被越攤越薄 直到大爆炸的能量消耗殆盡的那一天 我們所有人都將歸於熱幾 如果這就是宇宙的真相 恐怕每個理想主義者都很難接受 我們必須得繼續研究 我們需要能看見更長波長 更方便研究紅移的天文望遠鏡 於是1989年的時候 哈勃都還沒來得及上天 空間望遠鏡研究所 就拉着一堆科學家開了個會 說哈勃這小子拉快了線 咱們得再搞一個 能看見更長波長的望遠鏡之王 這就是詹姆斯韋布 他專精紅外線 能觀測的波長在600到28500納米之間 完爆哈勃 如果說 哈勃可以一直看到宇宙誕生5億年時的童年 那詹姆斯韋布 則可以一直看到宇宙的幼年 那時宇宙剛誕生5000萬年 剛孕育出第一顆恆星 原理都明白了 現在來講韋布爲什麼一直難產 首先天時不巧 哈勃望遠鏡剛上天就出事了 它的反射晶片沒有磨好 偏了2.2微米 搞成了近視眼 看到的畫面是這樣子的 根本沒法用 這一來 太空望遠鏡研究所別提再造下一代望遠鏡了 連說話都不敢大聲 這一憋憋到了1995年 哈勃戴上了宇航員送去的近視眼鏡 這時候天文學家才該小聲說出心裏話 再整一個 他們報了個價 5.64億美金 預計2007年就發射 美媒報道 這個報價是一個只在讓國會參與進來的 有點不誠實的猜測 意思是 先他喵的把運算網低了爆 等錢進來 把事情搞大了 錢不夠再去要 反正燒了那麼多 國會怎麼能看着這麼大的項目爛尾巴 果然 美國國會很快就批准了這項計劃 他們沒想到 這顆只需要5.64億美金 07年就能發射的 尾部望遠鏡 將會成爲未來最讓人頭疼的航天預算黑洞 難纏第二點 尾部技術難度和哈勃不可同日而語 爲了防止尾部被太陽和月亮閃瞎眼 它需要被送到遠離地球的偏遠鄉下 也就是距離地球150多萬公里的 第二拉格朗日點 這是目前觀測太陽系最好的地方 尾部用一塊遮陽板 就可以擋住在一條直線上的太陽和地球 防止這兩傢伙的光污染 但是問題馬上就來了 人類去過最遠的距離是月球 38萬公里 而第二拉格朗日點 比這還要遠4倍 望遠鏡一旦發射出去 出問題 廢了 就是廢了 不能像哈勃那樣 還能送個宇航員上去修吧 這失敗的風險 誰能承擔得起 怎麼辦 NASA決定在尾部上 增加更多更復雜的設計 主動降低風險 比如說 爲了避免尾部像哈勃一樣變成近視眼 NASA特別設計了一整套電機系統 讓尾部每個鏡片都能自行調整曲率 完成精準聚焦 而這只不過是尾部全身黑科技的其中之一 但是設計越複雜 就意味着得加錢 而且還得延期 2000年預算飆到18億美金 預計2009年發射 2002年25億美金 2010年發射 2005年30億美金 2013年發射 2006年45億美金 2014年發射 2008年51億美金 2014年發射 2010年65億美金 2016年發射 這些錢如果換成人民幣 威爽都承受不住 最關鍵的是 隨着高精尖科技的不斷加深 尾部不僅逐漸成了人類航天史上的工程學奇蹟 它還成了一件藝術品 成爲了人類劈開宇宙真相的一把寶劍 人們開始無法容忍它的失敗 2006年 Nature發了篇文章 比較含蓄的說 是不是優點太多了 當時對尾部項目組沒造成什麼影響 又過了五年 有人實在忍不住 又去Nature發了篇 徹底不裝了 罵尾部快把美國天文學啃廢了 列一堆數據 說尾部每年都要花掉天體物理學圈三分之一的預算 是一個近在眼前的黑洞 這裏插一嘴 我在一篇公衆號文章裏也看到這張圖 但是單位換算好像搞錯了 多了一個零 我看開頭說這篇文章會刊登在太空探索雜誌上 編輯可以檢查一下 說回尾部 Nature這篇文章引發軒然大波 國會開始調查 畢竟之前就有過先例嘛 1993年德克薩斯州挖了22公里的隧道 燒了20億美金的超級對撞機 就因爲超預算 說停就停 而尾部可是NASA的寶 這可不能停啊 NASA趕緊配合獨立審查小組 整了份51頁報告 小組成員都是有頭有臉的航天界大佬 報告裏自然少不了幫NASA說好話 當起傳話筒 各種哄政客 NASA說 大家都看到 我們這大多數組件都造好了 就等組裝測試了 根本沒有亂花錢 要怪就怪我們 一開始沒算清楚成本 所以才造成了這些誤會 不是尾部的錯呀 不要殺了尾部 孩子是無辜的呀 我保證 2018年一定是惡 說來說去 國會還是感覺自己被擺了一島 越想越急 於是2011年衆議院投票決定 削減NASA19億經費 讓他們把這個鬼項目給停掉 天崩地裂 好在有好心的參議員出來說話 將取消尾部 不僅阻礙科學發展 還會搞丟2000個就業崗位 要不算了吧 美國天文學會和各大媒體 紛紛站出來說 千萬不能取消 甚至美國小學生 也寫信給總統幫尾部求情 在輿論壓力下 衆議院最終收回決定 但給定了個死線 Deadline 預算絕不 打死部不能超過87億美元 不然美國納稅人也絕不答應 NASA欣喜若狂 預算這下從65億 又漲到了87億 發售日期也順利拖到了2018年 絕對沒問題 他們甚至表示 如果錢不夠 我們就從其他航天項目上扣 朋友們 這就是NASA親兒子 2015年 NASA負責人發誓 他們一定能在2018年把尾部送上天 2017年 尾部望遠鏡模擬太空低溫測試 美國颳起13年最大的颶風 送來一波強降力 送液氮的車費盡力氣 終於趕到 整個望遠鏡差點報廢 同年4月 技術人員測試時電壓給的太高 把壓力傳感器搞壞 要等一個多月才能換上 2018年 遮陽罩震動測試 螺絲沒有擰緊 掉一地 2020年 新冠突襲 尾部項目組停工停產幾個月 上個月 尾部發射前一個星期 天氣不太好 小鴿一點 更嚇人的是 當尾部終於在美國海軍護航下 運到地球上最完美的發射地 法屬 貴亞納庫魯航天中心 並進入發射準備階段時 一個工作人員 在連接火箭適配器時 意外鬆開了 將尾部固定在適配器上的甲庫 整個望遠鏡直接震了起來 我剛開始聽到這個消息的時候 不知道哪個瘋子 發了張衛星倒地的圖片 直接給我整懵了 我還以爲是尾部摔了 那是我的青春啊 不過幸好 直至這期視頻製作完成 準備發佈的現在 有史以來最大最複雜的尾部望遠鏡 已經非常順利的完成了全面部署 在接下來的兩週時間裏 他將繼續飛到第二拉格朗人點 進行最後的調試 再花上五個月 把自己冷卻到工作溫度 半年後 正式爲人類帶回宇宙深處的照片 祝他一切順利 大劉一次演講時說 沒有太空航行的未來是暗淡的 我同樣認爲 大腦是有侷限的 無論人類在地球上如何幻想 也永遠無法比肩宇宙真正的起立 那是一種 我們無論如何都想象不出 無法描述的美 只有真正見到它 才能真正的感受 未來的元宇宙 可能會讓人類脫離肉身之苦 地理之陷 但我仍然不願放棄 兒童時期那個小小的願望 我想看看真正的宇宙 長什麼樣子 人會長大 我的童真和好奇在流逝 建造尾部的科學家付出了青蔥歲月 直至白髮蒼蒼 一把破開宇宙的寶劍 不斷被塵封 又不斷被打磨 當有朝一日 人類的孩子爬上地球之巔 他們發現這把寶劍 遙望熱鬧的紅塵人間 情不自禁地發問 父親 此世上可還有願意舉起這把寶劍的人 人類該如何作答 當詹姆斯尾部在火焰中升空 遮陽罩一點點展開 把鏡頭對準在宇宙中誕生的第一顆星 當貴州山谷裏 30個足球場大小的中國天眼 接收到一段從未發現過的脈衝星信號 當NASA的行星防禦航天器 在地球1100萬公里外 狠狠地撞上一顆小行星 孩子 只要你願意看 人類就永遠不會放棄 探索 永無止境 我們仰望星空 探索遙遠宇宙 我們也腳踏實地 探索每一日的驚喜 iQOO走進我們生活點滴 不斷探索更多可能性 在多個技術端口做到大師級領先 實現頂級操控體驗 相比尾部用聲波智能來避免抖動 實現精準畫面 iQOO 9系列手機 打開思路 附加微雲臺 讓劇烈抖動的畫面真正復位 攝像方面還增加了一顆 增加空間透視感 讓你拍出極具視覺衝擊的藝術照片 相比尾部 可以控制每一面鏡面的曲率 在納米級別實現完美感知 iQOO 9系列手機 屏下雙控壓感讓反應更靈敏 對稱式雙X軸線性馬達 給你雙手即時真切的反饋 一整套下來打通你的人肚耳麥 操作無限拉滿 再配上行業天畫板 2K15超視網摸屏 超聲波3D廣域指紋解鎖技術 以及封閉式立體雙揚聲器 在畫質手感到音效 各個細節都做到極致 讓你無論是刷視頻 看電影還是打遊戲 都有絕對的沉浸式體驗 愛因斯坦說 想象力比知識更重要 但我覺得還要加上一個前提 探索精神 未來有無限的可能性 就像一排排藝術品跟我們觀賞 而哪一個未來會成爲現實 就是不斷探索的結果 今天我們坐在家裏使用手機 聽着尾部帶來宇宙深處的消息 談論元宇宙會不會實現 這是過去人類遙不可及的想象 未來某一天 人類的意識從一具陌生的身體中醒來 開始他們在火紅色星球的第一次判斷 談論哪座星球有什麼特產 要不要移民過去 要不要開始一個全新的生活 聞起來卻有一股亞馬遜雨林的味道 因爲我是研究地質的嘛 他還說要用我送的籤子幫我挖石頭呢 誒 等一下啊 這裏有個連麥申請 能不能說重點 所以他爲什麼不回覆你了 好好好 事情是從他跟我說要看星陣開始的 他去了那個行星系中心 有一顆很罕見的恆星 沃爾夫拉夜星 這是一種老年恆星 因爲已經走到生命盡頭 體內作爲燃料的氫元素耗盡 外殼也瀕臨解體 一直在吹狂暴的恆星風 然後有天不知道怎麼回事 那顆恆星的內核突然坍塌 並且發射了伽瑪射線暴 所以那段時間即使是白天 莉莉抬頭就能看到類似極光的餘暉 其實挺危險的 但莉莉當時特別高興 她一直在蒐集數據 說這次星陣 將是她科研生涯中無與倫比的機會 她高興我肯定也高興啊 我說以前看到過一個天文故事 哈勃望遠鏡 就是通過觀察仙女座星系的一次 突然的恆星變化 才發現仙女座星雲並不是一團塵埃 而是一個和銀河系一樣的巨大星系 坐擁萬億顆恆星 哎 還記得那次變化的恆星 叫造父變星 很酷祝你好運 莉莉當時笑了笑 突然問我 那你想做父親嗎 我當時都炸了 但還是假裝鎮定的說 呃下次再有星陣帶我贏 就算有危險我也願意 然後 然後我們就再也聯繫不上了 已經十幾天了 怎麼辦 黑塔情詩其一 莉莉 我的莉莉 怎麼就愛上你 你的白裙鋸 像降落的野鴿子 無意紛擾我的心 還是想請大家幫忙 在我頹廢好幾天之後 剛纔老師告訴我 只要想明白愛因斯坦 16歲想的那個問題 就能想明白我和莉莉之間的問題 但我是學地質的呀 所以到底出了什麼問題 誰幫幫我 你之前說莉莉去了行星特別遠 還發生了星陣 我大概知道是什麼問題了 以前人類認爲宇宙就像大海 在這個大海中裝滿了無處不在的 靜止的以太 就像水 愛因斯坦就想 如果以太是靜止的 光相對以太的速度就光速 那麼當一艘飛船在宇宙中穿梭的時候 我們不就可以通過測飛船上的光速 去判斷飛船在整個宇宙中的絕對速度嗎 同時又根據牛頓最早提出的相對論 一個系統的速度取決於其參考系 根本沒有絕對的速度 16歲的愛因斯坦想到這裏 馬上就發現了矛盾 所以光速一定不是相對以太而言的 光速只能是不變的 就跟當時所有的實驗測試結果一樣 跟麥克斯韋的方程推導一樣 無論在哪裏 真空中的光速都是一個定值 一個常數 光速不變我懂 然後呢 哎 你別急 光速不變帶來了一個問題 想象你在地面看天上飛過一艘飛船 這艘飛船的路線是直線 然後飛船上有人拋下了一個小球 對於飛船上的人和小球來說 這個世界中小球走的路線是D 但對於地面上的人來說 那麼小球的路線就是直線L 它變長了 對吧 問題來了 丟小球這件事合理的地方在於 小球的速度是變化的 但如果這顆小球是光 是飛船上有人打出了一道激光呢 如果光速是不變的 怎麼可能在同一件事情 同等的時間裏面 小球走的距離卻變長了呢 對啊 這怎麼可能呢 十年之後 愛因斯坦解決了這個問題 答案是 地面上的人和飛船上的人時間不一樣 如果假設地球上過的時間是T0 飛船上的時間是T 飛船速度是V 我們可以很容易知道 D等於CT L等於CT0 S等於VT0 通過簡單的勾股定理可以知道 D的平方加S的平方等於L的平方 我們可以化簡一下 把T0一刀放成同一邊 這都除以C的平方 然後在兩邊開方 我們就可以得到 飛船上和地上時間的關係 這就是最簡單推導時間膨脹公式的方法 洛倫次變化的一部分 所以愛因斯坦發現的是不同的 時間不一樣 老師 你爲什麼突然告訴我這個 從黑塔離開 你身輕如燕 在風饒的皮膚上跳踢踏舞 跳的老子的心肝一起打顫 跳的星河一坨一坨 堵塞星軌道路 原來在愛因斯坦的世界 只有在相同時間相同地點發生的事情 纔算同時發生 我好希望他是錯的 還記得之前被軍團入侵 我們有兩隻激光擊沉了一艘船 當時星球獵車組覺得是他們的功勞 黑塔空間戰又覺得是他們先發射 大家吵得不可開交 很可笑 原來在相對論的世界裏 這些爭吵都是沒有意義的 因爲相對於敵艦 就算星瓊獵車組和黑塔空間站的距離一樣 發射的時間一樣 且同時擊中 但只要觀察者不同 位置不同 比如指揮官正在往空間站移動 那麼對指揮官來說 空間站就一定是先發射激光的 這個問題對於我們的科技水平而言 根本就沒有正確答案 這段時間 我整宿整宿睡不着 我接受不了這個事實 我把圖書館所有關於相對論的書 都翻出來 想找到破綻 但一切都被一個小小的故事困住 一個關於時間本質的故事 時間究竟是什麼 過去的人們常常把它看作 某種絕對的神祕的力量 適者如斯夫不捨晝夜 但愛因斯坦把時間拉下了神壇 並一分爲二 協調時和原始 協調時相當於我們平時認識的時間 而原始纔是相對論時空裏真正的時間 比如我想和莉莉約會 我需要知道見面的時間和地點 明天下午六點 在初次見面的咖啡館 那麼我們去咖啡館要走多遠呢 這是一個無法回答的問題 因爲這取決於我們現在所處的位置 如果你就在咖啡館 這個距離就是零 如果你在月球上 這需要38萬多公里 同理在相對論時空 我們到明早六點需要多少時間 這也和我們到咖啡館的距離有關 我從時間膨脹的公式推導出了這個 假設T0是在咖啡館原地不動 等到六點的號時 那麼把T用T0表示出來 代進去 如果我們去咖啡館的速度是勻速的 那麼VT0就是移動的距離 等於我們到咖啡館的距離S 那麼我就得到了一個關於時間本質的公式 它意味着我去咖啡館真正的號時 和距離有關 這就是原始 是我們這個時空真實時間的計算方式 是我去咖啡館找莉莉的洛倫茲距離 後來愛因斯坦還發現 強大的引力可以扭曲時空 讓距離S改變 莉莉去越遠的地方 我們時間的差距就會越大 這意味着 我可以爲莉莉穿越光年的距離 但卻永遠無法追上時間 我們已經永遠不可能在一起了 這就是愛因斯坦發現的所謂真相 他毀掉了我的愛情 莉莉 黑塔情詩七三 除了聚環與星旁外 銀河裏還有一個女人 她帶着我的追問 追問的期限是我的一生 答案落在黑洞若不盡峯的邊緣 她的眼睛是雲的嘆氣 藍被孤獨寫成了我的名字