150万公里，比月球还远5倍，韦伯望远镜即将发射，为啥要去L

　　最近天文学有个大新闻，那就是韦伯太空望远镜要升空了
　　来自NASA官网的最新消息，韦伯太空望远镜发射日期定在当地时间12月25号，上午7：20分，北京时间晚上8点20分，官方原文是发射日期不早于12月25号。
　　人类现在能观测宇宙的方式无非两种，一种就是靠接收宇宙深空的电磁波（光子），另一种就是引力波。2015年9月14号，引力波首次被探测到。所以在此之前，人类观测宇宙深空基本上全靠电磁波。所以收集宇宙遥远星系发出的电磁波至关重要。
　　韦伯望远镜重点任务就是搜集宇宙诞生之初的星系发出的光，这些星系一开始特别亮，会发出大量波长短的紫外线，但这些紫外线（光）经过130多亿年的飞行，红移程度就十分大了，抵达地球时，基本上都变成红外线了。所以这次韦伯望远镜就直接设计成了一个红外线望远镜。它可以接收绝大部分红外波段的电磁波。
　　学过物理的都知道，光由于某种原因会蓝移和红移。蓝移就是电磁波的波长变短，所以在可见光波段内就是向蓝光端移动。红移就是波长变长，向红光端移动。其实蓝移并不常见，宇宙中绝大部分都是红移现象。
　　红移有三种，多普勒红移，引力红移，宇宙学红移。
　　多普勒红移其实很好理解，这可以简单理解成多普勒效应。星系如果离我们越来越远，那么等这些光线传到地球上时，就会造成波长增加的事实，进而发生红移，其本质是观察者和星系相对位置移动造成的。
　　如果一个星系朝向地球运动，那么它发出的光线传到地球，接收者就会发现波长变短了，于是就会发生蓝移。距离银河系最近的仙女座星系发出的光就会蓝移，所以就可以断定仙女座星系朝向银河系运动，未来肯定就会和银河系相撞。但是大部分星系都是远离银河系，所以地球上观测到的大部分星系都是红移。
　　还有一种红移就是引力红移，这个解释起来太麻烦了，要涉及对称性和度。最为简单的解释就是，光线要逃离引力的束缚就会消耗能量，由普朗克公式Ehc（可知，光子能量E和波长成反比，所以能量低的光子，其波长就长。
　　光子逃离引力场会消耗能量，波长就会变长，所以就发生了红移。
　　但是这种解释并不严谨。还有一种解释是光子在挣脱引力的时候其实能量并没有消耗，能量消耗只是观察者效应造成的。引力会弯曲周围的时空，时空弯曲会导致光子经过的路径延长，这种路径延长就会造成光的波长延长，进而造成红移。
　　还有最后一种红移就是宇宙学红移。
　　这个就比较好理解，因为宇宙空间在不断膨胀，光在膨胀的空间飞行，时空会被延长，这种延长就会造成光的波长增加，而发生红移现象。
　　所以基本上宇宙中所有的星系相对于人类来说都发生了红移现象，距离地球越远的星系，红移越明显，韦伯望远镜要找的就是宇宙最远端的电磁波，这要是紫外线望远镜，那观测能力就大大折扣，哈勃望远镜主要就是接收可见光和紫外线波段的光，所以哈勃的观测能力就远不如韦伯。
　　由于韦伯是红外线望远镜，也造成一个很大的麻烦，那就是地球和太阳发出的红外污染十分严重。红外线能量低，所以任何在绝对零度以上的物体都会发出红外线，韦伯望远镜要尽最大可能避免红外污染。
　　如果把韦伯望远镜放到地球轨道上，就和哈勃一样，绕地球飞行。那太阳和地球的红外污染就把韦伯望远镜整得和近视眼一样。几乎很难看到宇宙最远端的红外线了。所以韦伯望远镜必须躲在地球遮挡太阳的外面。在这个阴影面前还不能乱动，所以韦伯望远镜必须绕着一个点运动克服地球和太阳的引力，不然韦伯就成了地球的卫星或者人造行星了。如果韦伯望远镜随便找一个点绕着做近圆周运动，那得需要大量的动力维持这种运动，恐怕上核动力电池也很难坚持太久。
　　幸好这个问题在200多年前先后被数学家欧拉和拉格朗日解决了。
　　一个物体在任何两个天体之间都会同时受到两股引力作用，通过计算就会算出5个受力平衡点（稳定性不同），这就是拉格朗日点。这使得如果在该点放入一个质量可以忽略不计的物体，那么这个物体将和另外两个天体保持固定的相对位置。
　　在地球和太阳的5个拉格朗日点中，L1位于太阳和地球之间，如果一个探测器只想观测太阳，那么L1将会是绝佳的地点。
　　在五个拉格朗日点中，L1，L3，L4，L5都同时面朝地球和太阳。
　　也只有L2最符合韦伯望远镜的期望。L2点距离地球150万公里，比地月距离还长五倍。因为在L2点，韦伯望远镜将永远处于地球的阴影面，地球将为韦伯望远镜遮挡绝大部分的太阳光线，从而以最大程度减少观测宇宙深空过程中的干扰。
　　另外，由于韦伯望远镜处于第二个拉格朗日点上，地球和太阳的引力可以给韦伯太空望远镜提供绝大部分向心力，但是L2点并不是十分稳定，所以韦伯太空望远镜还需少部分自身动力维持轨道稳定。
　　事实上，即便韦伯望远镜处于L2点，仍有部分光线可以照向韦伯望远镜，这一部分光线可以给韦伯望远镜的太阳能电池板提供能量，保持与地球的通信和维持自身轨道稳定。
　　但是这些光线又造成了一个新的问题，那就是高温。在太空中，温度就意味着红外辐射。
　　热量传递无非三种方式
　　第一种就是热传导，比如两个固体之间接触，就会传递热量。
　　第二种就是热对流，比如冷空气和热空气接触。热传导主要体现在固体之间的接触，热对流主要体现在液体和气体这样的流体上。
　　不管是热传导还是热对流都需要介质，这种介质就是微观粒子之间的对撞，这种对撞会传递动能，导致微观粒子的运动剧烈程度改变，从而传递热量。
　　在真空中没有微观粒子这种介质，所以外界的热传导和热对流不影响韦伯望远镜。
　　但是还有第三种热传递的方式热辐射
　　光子打到一个物体上，这个物体的原子就会吸收光子的能量，导致能量增加，动能提升，运动变得剧烈，所以温度就上来了。
　　剩下的就是热辐射，由于最外层遮阳板温度升高，其材料内部的原子核外的电子就会大量辐射能量，这种能量以光子的形式释放出来，进入更内层遮阳板，以此类推。所以工程师就在每一层之间设计了一定的角度反射光子。通过层层反射，到了最内层时，光子基本上所剩无几了，这时候韦伯望远镜已经把杜绝光污染做到极致了。
　　最后希望韦伯望远镜能够发射成功！