HST运行的轨道高度在~570 km, 而JWST计划的轨道高度在1,500,000 km。 距离轨道带来的问题已经有知友谈过了。

JWST由于是一个红外望远镜,工作波长在0.6 \mu m– 28.5 \mu m [1],由于所有的物体都存在热辐射,所以希望环境温度越低越好,这样天体的信号就不会淹没在噪声中(打个比方,你想寻找800m开外的一个蜡烛,你不会站在一个大灯泡的旁边,而是会找个黑暗的地方。对于JWST而言,地球在它的观测波段就是这个大灯泡。何以故?地球表面温度在300K,以黑体辐射的Wien law,可以得知该温度下10\mu m附近的辐射最强[2])。因此,JWST需要放在一个距离地球尽可能远的地方,以期降低环境温度。目前计划发射到的地方L2点空间温度在50K [3]其实还不够低。比如有个仪器名为MIRI [4],工作温度为7K 。JWST自带液氮制冷,所以到个凉快的地方,制冷剂的消耗速率就会降低,望远镜的工作时间也更久。但是能够带的液氮毕竟有限,目前JWST的预期寿命只有10年[1]。

下图是JWST和Hubble轨道高度的比较[5] :

至于L2点,即所谓的拉格朗日2点(好名字!),可以参考[6]
。简单说,L2点望远镜可以相对太阳和地球静止,拍摄一个天体动不动需要长时间盯着。L2这个地方不用担心一会儿被地球或者太阳给遮住了,有木有!而且能够
背对着太阳,且JWST自己还带了个遮阳伞,能够减少太阳活动对望远镜的影响好不好!

此图[5]示意JWST所在L2点,(夸父计划在L1点,可以长时间观察太阳[7]),真的很远很远,比月球离我们远了接近4倍。也见[8],下载动画更直观…. 曾经在这个点呆过的望远镜有伟大的WMAP(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), 伟大的Herschel ( http://en.wikipedia.org/wiki/Herschel_Space_Observatory),伟大的Planck( Planck (spacecraft)), 应该伟大的Gaia (Gaia (spacecraft) )。嫦娥-2号也曾经光顾此地。

另外,JWST本身的设计也导致了几乎没法维护(本来人家就没打算)。Hubble想对而言还比较小,它2.4米的主镜是个一个整块的镜子,不大,所以可以被航天飞机抓取,然后宇航员可以去修理(如果你想了解为啥一定要固定好Hubble,再进行修理,请赶快看看 地心引力 (豆瓣) 。 而JWST的主镜是6.5m,无法直接将这么大的镜子发射到太空里。望远镜是在空间进行展开,主镜是由18块1.3m尺寸的六边形逐渐拼接而成 [9] (这样设计还有别的考虑)。目前的设计,望远镜一旦在空间展开,主镜就无法在收缩,所以这么一个浑然大物怎么固定飞船在附近是个困难….. (可以点此下载视频 The James Webb Space Telescope) 请再考虑考虑地心引力中的情景!

(下图,Hubble和JWST主镜大小比较,取自 The James Webb Space Telescope

(下图取自 This JWST six-mirror ensemble is being delivered to the Marshall Space Flight Center today, for testing in the XRCF, 最终有18块图中的六边形镜片在空间展开)

修理的技术挑战不谈(题主已说不考虑,我对这方面也了解不多)。但是我坚信,人类的智慧是无穷的,没有我们战胜不了的困难! (其实我想说的是,有钱能使鬼推磨,有钱也能修望远镜

(下图,JWST一个项目几乎就吃掉了NASA未来在天体物理方向的绝大部分经费,加上美国经济依然不景气,NASA的budget估计未来至少不会增长。取自 Mission: Tomorrow

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JWST曾经因为预算超支,差点被腰斩…. 如果上天了还出错,出错了还要去修理,我感觉很多做工程的真应该考虑考虑抹脖子以谢天下了…一堆天文的PHD估计也可以琢磨琢磨跳楼的跳楼,出家的出家…

[1] James Webb Space Telescope
[2] 维恩位移定律 (没错,你作为一个体温常年在37度地球人,也在中红外波段闪闪发光。于是你知道为啥红外设备在军事上如此重要了吧….)
[3] The James Webb Space Telescope
[4] The James Webb Space Telescope (俺会告诉你我曾在一个JWST的探测器半米之外观察过?)
[5] The James Webb Space Telescope
[6] 夸父计划占领拉格朗日点,占领拉格朗日点有什么意义?拉格朗日点的作用是什么?
[7] 夸父计划 – 搜狗百科
[8] L2 Orbit
[9] The James Webb Space Telescope

(我觉得知乎应该考虑考虑添加答案附注引用跳转的功能….)

— 完 —

本文作者:karlan

【知乎日报】
你都看到这啦,快来点我嘛 Σ(▼□▼メ)

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