NASA预算的离谱偏差，最初预计5亿的超级望远镜，如今已破100亿
最近的新冠肺炎疫情主战场，从国内已经转到了国外。对于任何国家、任何人来说，疫情都不是一件好事。比如对于我们科学爱好者来说，有一件事比较遗憾，那就是NASA员工的感染。毕竟，美国的航天和天文学仍然执全世界之牛耳，NASA不得不关闭一些实验室，也会让全人类天文学发展都稍微降速一点点。更遗憾的是，万众期待的詹姆斯·韦伯太空望远镜，又有理由推迟了……
自从人类把望远镜发射升空之后，科学家就发现了这种新设备的好处。因此，当著名的哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope，以下简称HST）在1990年升空之后6年，NASA就决定发射新一代太空望远镜（别意外，这就是它当初的名字），并且全国招标。
这一架望远镜，就是以NASA第二任局长（阿波罗计划就是他在任时实现的）的名字命名——詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope ，以下简称JWST)。
全村的希望
HST是目前最知名的太空望远镜，它给人类带来过无数经典的太空照片，让我们领略到了宇宙之美。它能够拍摄到的宇宙范围，甚至可以达到130亿光年，这个精度已经非常恐怖了。可是，JWST可以甩HST几条街。
首先，从镜面来说，JWST就有了极大的提升。它的主镜直径达到了6.5米，而HST才只有2.4米，几乎只有它的1/3 。由于这个主镜过于巨大，因此它不得不采用折叠的方式才能进入比它还小的火箭舱，进入太空之后再展开。
即使再外行，至少从主镜的尺寸方面就可以知道JWST有多强。据介绍，它的观测能力将达到HST的100倍以上。HST已经观测到130亿光年外了，它的视线只会更远。据推测，它至少可以观测到135亿光年的宇宙深空。
而且，这面主镜不仅大，还非常非常平整，其表面的粗糙度仅有20纳米。我们说过，即使是细菌，也在100纳米左右。这样惊人的平整度，也大大增强了JWST的观测能力。而且为了提升发射率，镜面上还涂了一层黄金。据介绍，它甚至可以观测到月球上的一只蜜蜂。
另外，HST的功能是有限的，它是单纯的光学望远镜。也就是说，只有在可见光范围内，它才能观测。所以才会有钱德拉X射线望远镜等其他设备，在可见光以外的电磁波段共同观测。而JWST不一样，它不仅具备光学观测能力，还兼备中红外和近红外观测性能。我们知道，任何有温度的物体，就会放出红外线。因此，JWST的观测范围较HST有了极大的提高。
任务目标
不论是对于科学家还是科学爱好者，JWST都肩负着许多希望。
首先，它的观测距离非常远，就像我们上面说的，可以达到135亿光年。在宇宙学上，距离就是时间。看的越远，就等于看的越久。因此，它可以看到比哈勃望远镜更古老的宇宙，这对于人类了解宇宙的演化是非常有帮助的。包括我们在【宇宙出生日记】栏目中介绍的再电离期，也有很多谜团等着它来破解。
同时，它所携带的近红外光谱仪，可以对宇宙天体的化学元素和物理性质进行详细的探测。也就是说，一旦它升空，那些我们所说的超级地球，将会有更多信息展现在我们面前：是否有水？温度如何？甚至可以更好地推测：是否有生命？
它还可以对太阳系柯伊伯带进行深入的观测，更加了解那一片神秘的区域。也就是说，太阳系到底有没有第九颗行星，或许JWST就能给我们一个最终的答案。
JWST，你就是我们全村的希望啊！
冷酷到底
好的员工，是可以跟老板谈条件的，比如工作环境。JWST就是这样：由于中红外仪对热红外非常敏感，所以JWST不得不在极低温度的环境下工作，而且是超级低温环境——6.2K。因此，太阳光成为了JWST的最大敌人。
为此，NASA给它配备了一套价值100万美元、面积几乎和一个网球场一样大的遮阳装置，通过整整五层结构，尽量地将太阳光隔绝开。即便如此，JWST上也不得不再配备一个冷却装置，时时降温。
温度太低，又会给仪器本身的材料带来难题。科学家选择了金属铍来打造很多关键部件，利用铍的物理性质，让这些部件在极低温度下依然保持刚性，确保JWST的正常运行。
为了减轻制冷设备和遮阳罩的工作压力，科学家还必须要尽量减少它可能接受到的光照，这就对JWST所处的位置有一个要求了。这个位置，就是第二拉格朗日点。
第二拉格朗日点
拉格朗日点，一共有五个，其中前三个由欧拉计算得出，另外两个才是拉格朗日计算出来的。
简单说，对于做圆周运动的天体（比如地球）来说，并非在这个轨道上的公转周期都是这么长。也就是说，即使有天体和地球同轨道，在引力的作用下，它的公转周期也不是365天。在地球轨道附近，只有五个位置的周期是一年，也就是五个拉格朗日点。
其中最特殊的，就是第二拉格朗日点。大家上面的图就知道了，它恰好位于太阳和地球的延长线上。也就是说，只有把JWST放在这个位置上，它才可以最大程度上让地球遮住阳光，而且又不需要太多动力系统保持公转。也就是说，JWST并非围绕地球公转，而是围绕太阳公转。
正所谓按下葫芦浮起瓢，第二拉格朗日点虽然解决了阳光的问题（还有太阳的其他干扰），但也带来了一个更严重的问题……
难点
通过数学计算可以得知，第二拉格朗日点，位于大约150万公里的位置上。要知道，地月距离平均也才38.4万公里，JWST的距离几乎是月球的4倍，是HST（距离地面575公里）的2600多倍！
这么远的距离，维护几乎就是不可能的了。要知道，哈勃太空望远镜之所以在升空30年后依然有强大的观测力，不仅在于基础设备先进，而且还有很多新设备在宇航员的工作下加装上去。
而对于JWST来说，更新设备级别不用想了。除非人类有新的科技突破，否则它这一身装备就要用到死。所以，科学家必须把所有最先进的设备完全安装上去，一气呵成。一旦发射，就没有“回头路”了。不仅是更新，连故障都是不能允许的，除非地面操作可以解决，否则JWST就要彻底瘫痪。
因此，我们经常可以看到网上有NASA对JWST进行环境模拟测试，这些都是为了保证真正发射之后，它能够万无一失。
于是，原本预计2014升空的JWST，直到现在，还在地面上好好地“葛优躺”呢……
没钱！没钱！
当然了，所有问题都是可以用钱来解决的。不过尴尬的是，问题就在于——没钱。
地主家也没有余粮啊……
实际上，经费的问题在哈勃太空望远镜建造的时候就出现过。据说最初的设计是要建造直径3米的望远镜，但是因为经费不足，HST才只有如今的2.4米。
显然，由于技术难度过高（我也不好意思说NASA相关部门水平不行），科学家对于JWST的预算有了什么误解……
最初的时候，科学家们给出的预算，大约是5亿美元。
估计那个时候，领导都乐死了：这么便宜，上！
后来才发现，这不是上项目，这是上当啊……眼睛一闭一睁，钱就没了；眼睛一闭不睁，工人都跑没了……
时至今日，JWST项目所花的钱已经超过100亿美元了，可是仍然无法升空。预计发射时间从2014年推到2018年，从2018年推到2020年，然后又推到2021年。前不久，美国联邦问责局一份审查报告显示，JWST在今年11月份能够完成组装的概率仅为12%。也就是说，2021年3月发射的想法，基本上也要放弃了。
（注：横坐标是现实时间，左侧纵坐标是对外宣传的预期发射时间，右侧纵坐标是预算）
都说前人栽树，后人乘凉，这句话对于JWST的领导来说，大概就是前人挖坑，后人发疯吧……
问题在于，NASA已经没有太多资金投给它，尽管特朗普对NASA还是很大方的，但其中大部分都是为了让人类重新回到月球、乃至踏上火星而准备的，因此能够分给JWST的钱一再被压缩。而那些期盼着通过它来解答宇宙谜题的科学家们，和无数天文爱好者们，就像是一群婴儿一样嗷嗷待哺。
更尴尬的是，这架耗资已经超过100亿美元的望远镜，预期寿命大约是5-10年。当然，如果运行得好，它可以远远超出这个预期。所以，恐怕NASA得研究研究养点锦鲤了。否则一旦出了点小小的差池，恐怕这100多个亿就打水漂了……
再等等吧
我们知道，现在天文学家已经在很多项目上进入瓶颈期，都需要詹姆斯·韦伯太空望远镜的高精度观测来解答。比如我们最近发现的公转周期最短的系外行星，还有很多诡异的系外天体，以及宇宙中最早一批恒星的出现（宇宙再电离期的各种未解之谜）都需要它来解答。同时，JWST还很有可能利用加州大学河滨分校研发的最新技术，探测系外行星是否含有氧气，在寻找超级地球和系外生命方面发挥巨大作用。
看样子，詹姆斯·韦伯太空望远镜还没上班，老板已经把工作安排好了。等它正式开始服役的时候，恐怕积压的工作有喜马拉雅山那么高了，等着使用它来完成自己科研任务的科学家们，怕是排队排出去几条街了。
不过，目前来看，JWST短时间内是不可能升空的。尤其这两天，由于新冠肺炎疫情的扩散，美国也不得不停下来认真应对了。而且，NASA已经有很多员工感染新冠肺炎，不得不关闭许多研究所，转而网上办公。
不出意外，詹姆斯韦伯太空望远镜项目也受此影响，被叫停了。这一次，终于不用让经费来背锅了，可以把锅甩给新冠病毒了……
总之，我相信，2021年3月JWST升空的概率的确不高。但是，按照目前的进展，这几年我们还是可以看到它服役的。到那个时候，人类的天文学又将得到一次巨大的发展，许多未解之谜也将逐渐被解开。
我非常期待看到更遥远的宇宙，既是为了星空之美，也是希望了解更多系外天体的知识。那么，对于詹姆斯韦伯太空望远镜，你有怎样的期待呢？