詹姆斯•韦伯太空望远镜鸽了 14 年了，上面的仪器用的还是最新的技术吗？

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）之所以让科学界激动不已，很大一部分原因就是它集成了当时（甚至可以说是现在）最顶尖的科学仪器。虽然“鸽了14年”这个说法有点夸张，但 JWST 的开发确实经历了漫长且充满挑战的历程，从构思到发射，总共花了约25年的时间。不过，关键在于，望远镜的科学仪器是在其漫长的开发周期中早期就已确定并进入建造阶段的。那么，这些仪器如今用起来还是“最新的技术”吗？

要回答这个问题，我们需要深入了解 JWST 的仪器设计理念和技术实现。

JWST 的核心科学目标与仪器的前瞻性设计：

JWST 被设计为哈勃太空望远镜的继任者，但其科学目标更加宏伟，主要集中在：

观测宇宙中最古老、最遥远的恒星和星系： 这要求望远镜能探测到极其微弱、红移严重的光线。
研究恒星和行星系统的形成： 需要深入星云内部，穿透尘埃，观测年轻恒星和原行星盘。
探索系外行星的大气层，寻找生命迹象： 需要高灵敏度和光谱分辨率来分析遥远行星的化学成分。

为了实现这些目标，JWST 的设计就必须具备极高的灵敏度和前瞻性，能够捕捉到那个时代人类科技所能企及的、最精细的细节。这意味着科学家们在设计之初，就已经考虑了未来几十年的科学需求，并选择了当时最先进、最具潜力的技术来构建仪器。

JWST 的四大科学仪器：

JWST 主要配备了四台科学仪器，它们各自代表了当时天文观测技术的前沿：

1. 近红外相机 (NIRCam): 这是 JWST 的主焦点科学仪器，负责接收从 0.6 到 5 微米波段的光线。它采用的是当时最先进的红外焦平面阵列技术。NIRCam 的设计目标是在如此宽广的波长范围内提供极高的分辨率和灵敏度。尽管红外探测器技术一直在进步，但 NIRCam 使用的低温制冷、低噪声探测器技术，以及其多层滤光片和光谱仪的组合，在当时是独一无二的。即使今天看来，其性能依然是顶尖的。

2. 近红外光谱仪 (NIRSpec): NIRSpec 的目标是实现对 0.35 到 5 微米波段的光谱分析，并且能够同时对 100 个天体进行光谱观测。实现这一点需要极其复杂的光学设计和精密的工程技术，尤其是其微快门阵列（Microshutter Array）。这是一种革命性的技术，允许科学家选择性地打开或关闭数万个微小的挡板，从而精确地将来自不同天体的光线导入光谱仪。这种“多目标光谱”能力在当时是前所未有的，即使现在也仍然是最高级别的一项技术。

3. 中红外仪器 (MIRI): MIRI 的波长覆盖范围是 5 到 28 微米，这是 JWST 的独特之处，因为它能探测到比哈勃望远镜更长的红外波长。这个波段对于研究年轻恒星形成、星际尘埃以及遥远宇宙中的重元素都至关重要。MIRI 使用的光致导探测器（Photoconductor Detectors）和低温制冷系统是当时中红外探测领域最先进的。为了达到所需的极低温度（低于 7 开尔文），MIRI 采用了先进的氦蒸发冷却系统，这是一个非常复杂且关键的技术。虽然中红外探测器技术也在发展，但 MIRI 在灵敏度、光谱分辨率以及同时进行成像和光谱分析的能力上，依然保持着极高的水平。

4. 精细导星传感器/近红外成像仪和无缝光谱仪 (FGS/NIRISS): FGS 负责望远镜的指向和稳定，而 NIRISS 则是一个专门为行星科学和系外行星研究设计的多功能仪器，能够进行凌星观测、直接成像以及光谱分析。NIRISS 中的单像素成像仪（Single Pixel Imager）和一系列特殊滤光片和衍射光栅，使其在探测系外行星大气成分方面具有独特的优势。

“过时”与“仍具前瞻性”的辩证关系：

确实，从望远镜的建造开始算起，到它最终发射并投入使用，中间间隔了十多年。在这段时间里，地面上的望远镜技术、探测器技术甚至一些小型航天器上的仪器技术都在不断进步。你可能会问，为什么不等到最新的技术都成熟了再建造？

这里有几个关键点：

技术成熟度与风险： JWST 是一个规模庞大、技术复杂且成本高昂的项目。它必须依赖于那些已经具备一定成熟度，并且风险可控的技术。选择“过时”一些但已经成熟的技术，比冒险使用尚未经过充分验证的“最新”技术要保险得多。一旦关键技术出现不可预控的问题，整个项目可能就会失败。
集成与协同： JWST 的仪器并非孤立存在，而是高度集成的系统。它们必须协同工作，满足整体的科学目标。这要求在设计阶段就确定一套相互匹配的仪器组合，而不是在漫长的开发过程中不断更换。
性能的“绝对先进”： 虽然某些基础探测器技术可能在地面上有新的进展，但 JWST 的仪器设计并非仅仅是简单地使用当时最新型的芯片。它包括了极其复杂的光学设计、精密的校准系统、极低的运行温度要求、强大的数据处理能力以及与其他部件（如镜面、遮阳罩）的协同工作能力。这些整体的系统设计，使得 JWST 的科学性能在很大程度上超越了同期所有其他望远镜的组合。即便是今天，在它所专注的红外波段和所需的灵敏度及分辨率方面，也鲜有能与之匹敌的望远镜。
科学需求的驱动： JWST 的设计本身就是为了解决当时天文学界认为最紧迫、最重要的问题，并且是哈勃无法解决的。这些科学目标，以及它们所需要的光学和探测能力，很大程度上决定了仪器的规格和所采用的技术路径。这些目标在望远镜建造期间以及现在看来，依然是具有挑战性和前瞻性的。

总结来说，詹姆斯·韦伯太空望远镜上的仪器，在它们被设计、建造和测试时，确实是代表了当时人类在红外天文学领域最前沿的技术。虽然科技日新月异，但 JWST 的仪器并非因此变得“过时”，反而因为其对关键科学目标的极致追求、对复杂系统集成的精湛技艺以及在设计之初就具备的前瞻性，使得它们至今仍然是世界上最强大、最先进的红外天文观测设备之一。它的科学产出持续地超出预期，也证明了其仪器设计的深远和有效性。它不是“用了最新的技术”，而是“用了那个时代能达到的最先进且最适合其宏伟目标的技术”，并且以一种超越时代的方式实现了这些目标。

网友意见

肯定不是最新的技术，压根也不会用最新的技术。

我们组也承担了过科研载荷的研制，非常清楚的一点是，绝对不能使用成熟度不够高的技术，也就是最新的技术。但凡是上天的东西，使用的都是已经成熟的，被验证过很多次的，有足够冗余的技术。

因为上天的东西和地上的东西最大的区别就是，不好维修（甚至是几乎无法维修）。丁肇中教授的AMS（阿尔法磁谱仪）中间的核心部件是我们做，因此这个项目一直我们有所跟进。大概不到十年前，为了给这玩意加个遮阳布，降低日照对信号铭感度的影响，AMS科研组向全世界参与单位征集了将近2亿美元的经费。这里面包括了，在美国NASA某个中心，建造了一个等大的模型，让宇航员穿着宇航服进行了无数次的维修模拟，等等。

所以如果一旦用了所谓的最新技术，上了天之后发现出问题，那就哭死了。

但是我觉得题主其实想问的是：这14年里，难道韦伯望远镜一点没更新过设备吗？我觉得有一定可能性经过严格的论证后，更新了一些技术成熟度很高又相对先进的设备。

詹姆斯·韦伯空间望远镜上使用的仪器用的当然不是最新的技术。

这不止是“在 2015 年之前完成的许多部件上使用的技术在这些年间已经被更新的技术超越”的程度。几乎没有航天器大比例地使用“建造时最先进的技术”，为了降低意外报废的概率，航天器使用的通常是“建造时已经久经考验的成熟技术”，一般是已经实际执行过太空任务的技术。

你可以看看 NASA 对技术就绪指数（Technology Readiness Level，TRL）^[1]的设定：

https://www. nasa.gov/pdf/458490main _TRL_Definitions.pdf

詹姆斯·韦伯空间望远镜上的大部分技术的技术就绪指数有上面表格里的九级。即使这样，NASA 仍估计詹姆斯·韦伯空间望远镜有至少 344 个可能在发射后到完全展开前发生故障的问题点。一部分问题可以事后补救，另一部分就会导致整个计划打水漂。

詹姆斯·韦伯空间望远镜上不会轻易过时的部件主要是红外光学仪器。“技术上更先进的材料”在做出更大的镜片前取代不了它。

詹姆斯·韦伯空间望远镜上最过时的部件可能是遮阳罩，五层遮阳罩是在杜邦公司于 1960 年代开发的商用聚酰亚胺薄膜（商品名 Kapton）上镀铝制成，选用的型号连“杜邦公司于 21 世纪 10 年代最新开发的聚酰亚胺薄膜”都不是。该薄膜在 2018 年测试期间意外撕裂、导致跳票增幅。

可以看看 NASA 官方对遮阳罩的解释：

The Sunshield Webb/NASA

参考

1. ^ 衡量技术发展（包括材料、零件、设备等）成熟度的指标

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