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文丨矽谷101（ID：svstyle），採訪丨泓君，文字丨李宛宸， 編輯丨胡少陽
文丨矽谷101（ID：svstyle），採訪丨泓君，文字丨李宛宸， 編輯丨胡少陽
1 月 25 日凌晨，經歷了一個月的太空航行後，人類歷史上最大最昂貴的太空望遠鏡——詹姆斯韋伯 ，終於抵達距離地球 150 萬公里拉格蘭日 L2 點，即將展開科研工作。
圖｜JWST到達最終軌道 圖源：美國NASAGSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez
如果這個計劃成功，韋伯太空望遠鏡將探測宇宙第一代天體的信號，研究在宇宙不同時期，星系的各種特性及演化學上的關係。解開許多關於太空的謎團，甚至為我們揭秘宇宙的起源。
這臺太空望遠鏡是人類有史以來最龐大的天文學項目：造價高達 100 億美元，歷經 20 多年研發，全球 14 國家合作。可以說很多人的整個職業生涯，都在建造韋伯太空望遠鏡。
太陽帆被撕裂，真空實驗時螺絲消失，韋伯望遠鏡的研發歷程，充滿不確定性，還因多次延期差點在 2011 年被國會砍掉。
美國NASA稱，從發射到它真正開始工作的六個月期間，它還要面臨 344 次單點失敗的可能性。紐約時報在發射時，甚至開玩笑說：「韋伯發射前，天文學家們的早餐在吃什麼？答案是他們的手指甲。」
對極限的挑戰，也會伴隨著意想不到的收獲，一項新制冷技術，在韋伯太空望遠鏡的研發過程中被發明，只要韋伯能正常的通過太陽風接收電能，理想狀況下工作壽命能達到 10 年。而且根據最近 NASA 估計，它很有可能可以超常服役 20 年。
本期《矽谷101》主播泓君，與客座主播哈佛-史密森天體物理中心博士後龍鳳，對話美國亞利桑那大學天文學與天體物理學博士、詹姆斯韋伯科學團隊成員呂建偉，一起聊聊外天文望遠鏡的歷史傳承，以及詹姆斯韋伯太空望遠鏡將面臨的挑戰。
（關於星鏈是否影響韋伯工作，請見我們上一期報導《鎖死地面天文觀測，馬斯克的星鏈為何被天文學者深惡痛絕？》）
01 詹姆斯韋伯：更大，更貴，更強的太空望遠鏡
《矽谷101》：建偉現在屬於詹姆斯韋伯團隊的一員，你可不可以跟大家介紹下你參與了哪些方面的工作？
呂建偉：我目前是在亞利桑那大學天文系的詹姆斯韋伯科學項目組裡，從事博士後階段的研究。
平時我的研究方向是——通過紅外波段，研究宇宙中超大質量黑洞和各種星系的特征。我自己也參與了若干詹姆斯韋伯的觀測項目。觀測目標從我們所在銀河系中心的黑洞，一直拓展到宇宙中最遙遠的類星體。所以宇宙不同年齡的各種天體我們都會進行一些系統的研究。
最近在做一些詹姆斯韋伯正式觀測前的準備，包括數據模擬、工具開發以及背景科學的研究等。詹姆斯韋伯是人類有史以來最龐大的天文學項目，耗資超過了 100 億美元。
圖｜詹姆斯韋伯太空望遠鏡 圖源：NASA
韋伯的口徑大概有 6.5 米，鏡面由 18 塊小鏡子拼接而。它是一個紅外波段的望遠鏡。去年聖誕節剛剛被發射，目前正在前往最終目的地——拉格朗日 L2 點。這個點距離地球大概 150 萬公里，比月亮還遠 3 倍左右。
《矽谷101》：為什麼它上太空會有如此重大的意義？它上去了以後可以解決什麼問題呢？
呂建偉：首先，它比之前所有的空間太空望遠鏡都要大很多。此外，它工作的紅外波段，特別適合一些關於宇宙起源和生命起源方面的科學研究。
按照 NASA 的講法有四大科學目標。
- 第一個目標是探測宇宙第一代天體的信號。在宇宙大爆炸剛結束時，第一代恒星、星系以及活躍黑洞的信號。
- 第二個目標是限制星系的誕生和演化。主要是研究在宇宙不同時期，星系的各種特性及演化學上的關係。
- 第三個目標是探索一些恒星，以及周圍原始星系盤的誕生。這也是之前太空望遠鏡觀測不了或者說限制不夠強的一個領域。
- 最後一個是望遠鏡也可以對太陽系內的行星進行觀測，包括木星、土星、天王星、海王星等。同時它還可以觀測太陽系外周圍恒星的行星。在銀河系中有很多恒星，在恒星周圍也會有類似太陽系這類的系統。
科學家對這些太陽系外行星系系統裡面，行星的各種特性非常感興趣。大家會想那裡的行星上會不會有什麼大氣，或者生命。這是非常令人興奮的話題。
龍鳳：這方面也是我工作的重點。我工作的方向大概就是去探究，為什麼不同種類的行星系統可以形成，以及為什麼它們跟我們太陽系不一樣。詹姆斯韋伯在這方面會做出很矚目的成果。
我想問一下建偉，可以給大家介紹一下紅外天文學在過去幾十年的發展嗎？為什讓它上天，會有這麼突出的效果？為什麼我們地面望遠鏡或者其它手段不能實現？
呂建偉：紅外天文學的發展是一個非常龐大的話題，大概有幾個世紀的歷史，我只能從最簡單的內容開始講。
為什麼要把紅外望遠鏡放到太空中，而不是造好放在地球上？這是因為從地球上直接觀測紅外線特別難。地球大氣層本身就有輻射很強的紅外輻射線。地面上無論白天黑夜，天空一直很亮。紅外波端保持很亮的狀態，就很難甄別出微弱的天體信號。
這個不取決於有沒有太陽，本身大氣一直在輻射。你在白天晚上看天空，如果在紅外波段的話，就一直就亮得跟白天似的。在這種環境下去搜索遙遠天體的紅外信號，就非常困難。因此不能在地面上做這件事情。
龍鳳：我想用哈勃類比一下。哈勃是放在近地的軌道，韋伯這次放在 L2 ，會離哈勃的軌道會遠很多。地球大氣的紅外輻射，是導致我們要把韋伯望遠鏡放那麼遠的主要原因嗎？
呂建偉：是的。詹姆斯韋伯在紅外波段需要非常靈敏，所以要一個非常冷的環境。它最終要到達的運行點，拉格朗日 L2 的環境溫度是零下 223 度，周圍的物質也非常稀薄，所以本身在周圍環境裡紅外輻射就非常低了。
詹姆斯韋伯所需要的科學觀測條件，只是把望遠鏡放在那裡也不夠。地球大氣有紅外輻射，在紅外波端能看到一個很亮的地球和太陽。
所以詹姆斯韋伯做了一個非常大的太陽能遮陽板。它既是一個太陽能電池，也是遮陽板，有五層。遮陽板的存在，保證望遠鏡及其所有的儀器，永遠不會被太陽或地球照射到。
圖｜網球場大的太陽能遮陽板 圖源：NASA/Chris Gunn
它背對著太陽被遮陽板擋住的那一面的溫度非常低。它的溫度只有零下 234 攝氏度左右，大概是絕對零度以上 40 度。它當中有一個叫 MIRI 的儀器，工作溫度低至 7k 即零下 266 攝氏度。團隊用了很先進的技術來保證，它能一直在這種低溫下保持正常工作。
跟哈勃太空望遠鏡相比，因為哈勃主要在紫外到近紅外波段工作，所以它對溫度或者說地球大氣，及周圍天體的紅外輻射不是很敏感。它在近地軌道也可以進行一些正常的運行。
但如果你想工作到更長的波段，詹姆斯韋伯的波長要比哈勃長很多。哈勃最長波長是 2.5 微米，但詹姆斯韋伯的最長波長是 28 微米，超過了 10 倍，所以它被放在離地球相當遙遠的地方。
圖｜哈勃與韋伯波段差異 圖源：NASA and J. Olmstead
《矽谷101》：我簡單總結一下，我們之所以要把望遠鏡放到太空裡，是為了避免地球上紅外波段的干擾。哈勃望遠鏡的觀測範圍可以說是可見光加上一些紅外波段的不可見光。但詹姆斯韋博的觀測範圍含全紅外波段。
呂建偉：對，可以這麼說。它光學也有一點可以拍攝，但不是主要功能。
《矽谷101》：哈勃望遠鏡對天文學有過很多重要的貢獻。可不可以簡單介紹一下，它對天文學的重要貢獻是什麼？為什麼把望遠鏡放到太空中，會讓那麼多科學家都非常激動？它到底可以做些什麼？
呂建偉：哈勃太空望遠鏡做出了非常多的科學發現，很難挑出一個大家公認一致的最重要的貢獻。但是我個人覺得最知名的是「哈勃極深場」的這個天區。哈勃在它運行近 30 年的時間內，在天空中一個特定的位置進行了反覆多次、多波段的觀測，達到了 22 天的曝光時間。即望遠鏡在那個點一動不動盯了 22 天，收集該方向上宇宙遙遠的星光信號。
圖｜哈勃極深場 圖源：NASA
它在那個很小的區域，發現了一萬多顆遙遠的星系。大家公認宇宙現在的年齡是 138 億年。而哈勃通過極深場看到了在宇宙年齡 5 到 6 億年間的星系信號。這算是目前為止人類看到過最遙遠的宇宙的星光信號。這是人類目前的極限。
哈勃它相對較小，且工作波段偏藍，而不是特別在紅外波長長的地方。所以他對最早期的這種星系的限制比較少，只是能模糊看到一些斑點，並不清楚具體性質。
《矽谷101》：我們可不可以這樣理解，如果想要探索宇宙起源，用哈勃望遠鏡相當於看到了宇宙在恒星、行星形成的幼年時期的照片；但是用詹姆斯韋伯，可以看到更早的嬰兒時期的照片。
呂建偉：對，哈勃目前探測的極限是宇宙年齡為 5 到 6 億年的星系，詹姆斯韋伯大致能看到宇宙年齡在 1 到 2 億年時星系，或者別的恒星的信號。這個宇宙時期到底存不存在星系或者恒星？如果存在它們的性質是什麼？大家都不知道。很多猜測都需要我們用詹姆斯韋伯觀測。
《矽谷101》：照片拍回來後可能就是龍鳳主要去研究的東西了。相當於建偉在前面造望遠鏡，龍鳳期待望遠鏡傳回的照片幫助拓展研究。
龍鳳：可能我們倆都會用到照片來做科學研究。對於我自己的研究方向，哈勃也做了很多電子性的工作。我的方向大致是研究行星怎麼形成。
太陽系裡幾大行星幾乎在同一個平面上圍繞著太陽運動。我們可以假想行星形成的過程在一個很薄的盤形平面完成。這個假想通過哈勃在 20 年前傳回的照片得到證實。它幫助我們了解到這種結構非常廣泛存在，所以星系形成的過程到處都有。借此我們發現了那麼多系外行星。
韋伯會在此基礎上對這些盤形結構做更細致的分析，對已知的行星的大氣做很多，細致的結構成分的分析，探究有沒有跟生命相幹的分子存在。
《矽谷101》：我之前看過一個科普紀錄片。他提出要研究人的一生，並不是從人的嬰兒到兒童到老年的時間維度去研究。宇宙它的年齡太大，如果拍到一個足夠大的照片含有足夠的樣本，我們可以同時研究它的多個年齡期，看這個行星是怎麼進化的。
龍鳳：對，所以需要我們的設備足夠強大，集光能力足夠好，才能看到更遙遠的地方。那是它更早期的時候，有更大的樣本可以全天候，在不同的波段同時觀測，保證足夠的樣本做統計性分析。
《矽谷101》：可以拍到更多更大的樣本。
龍鳳：對，以及更細節的資訊，它口徑比哈勃大得多。
呂建偉：我補充下，關於早期的恒星或者恒星周圍的星系盤的形成， 詹姆斯韋伯有一個很大的優點。它的觀測波長較長，所以能看到更冷的、周圍塵埃很多的一些系統。這個對應了非常早期的恒星或者周圍的星系盤形成的時間。
02 創新制冷技術或讓韋伯超長工作
《矽谷101》：其實在詹姆斯韋伯之前還有一個紅外空間望遠鏡 Spitzer。它跟詹姆斯韋伯的波段比較相近，技術上也有很多的繼承。
圖｜Spitzer 圖源：NASA
你可不可以跟大家講一下 Spitzer 是什麼？詹姆斯韋伯在技術上繼承了 Spitzer 什麼？
呂建偉：Spitzer 跟我們學校很有緣，我校紅外線小組兩位夫妻天文學家，在 Spitzer 時代也是負責他的關鍵儀器的人物。很多人說詹姆斯韋伯是哈勃的繼承者，但其實也可以說它也是 Spitzer 的繼承者。
Spitzer 除了工作波段和詹姆斯韋伯比較接近，在歷史上的起伏也很相似。詹姆斯韋伯從上個世紀 90 年代初開始構思，97 年左右開始設計制造，到今天他大概花了不到 25 年。而Spitzer 望遠鏡是在 80 年代初開始構思，經過了20 年左右才成功發射。中間他們遇到了很多很多的技術困難，包括 NASA 的經費不足，或者發生事故等。
美國的「挑戰者號」太空飛機在 1986 年時還沒進入軌道就爆炸了。之後哈勃在 1991 年也出了問題，它被發現鏡面與設計時不一致，存在「近視」問題。一連串的事故，使美國重新對太空項目審核。Spitzer 和詹姆斯韋伯都差點因為經費超預算等問題被砍掉，幸好有小部分科學家的堅持才能最終發射。
關於兩者間的關係，Spitzer 望遠鏡比詹姆斯韋伯要小得多。它的口徑只有詹姆斯韋伯不到 1/8 。它革命性的技術在於「被動制冷」。
所有的物體都會有紅外的輻射，包括地球上大氣、望遠鏡的本身（鏡面、探測器、電子線路）等。需要降低整個系統的溫度，以求更好的紅外探測進化。在 Spitzer 之前，普遍做法是把整個望遠鏡裝在一個由液氮包圍的大缸子裡，再通過火箭把它扔上天，運載的燃料大都去推進大缸子了。因為 90 年代 Spitzer 望遠鏡有被砍掉的風險，所以大家就精益求精想辦法提高質量並降低成本。
有一天我們學校的一個天文學家，想到了一個方法。我們可以把望遠鏡扔到太空中，利用環境進行自動制冷，而不是把整個望遠鏡都裝在液氮裡。人們只需要在設計的材料上利用一些散熱系數較高的物質，再把探測器周圍的電子線路等，包裹在更小的液氮罐子裡。如此，整體發射成本降低很多，且望遠鏡也可以造得更大，這是一個技術創新。
然後這個技術完全應用到詹姆斯韋伯上，同時，詹姆斯韋伯又在這方面提出了一個新技術。
之前大家上天需要帶液氮，並利用它的升華帶走周圍物質的熱能，這是消耗品。所以之前的紅外望遠鏡它要制冷的話，只能在兩年或者五年的時間裡消耗完攜帶的液氮，並且之後在紅外波段就沒有那麼靈敏了。
而詹姆斯韋伯發明了一個制冷的技術，類似一個超小型的電冰箱。它提供電能，把裡面的制冷物質壓縮，再導到設備裡升華吸熱。這是一個循環系統，原則上不會消耗任何制冷劑。只要詹姆斯韋伯能正常的通過太陽風接收電能，給「電冰箱」提供電力，望遠鏡就可以一直在紅外波端進行工作。
《矽谷101》：詹姆斯韋伯望遠鏡可以工作多久呢？
呂建偉：按原先設計，這個望遠鏡最低指標是工作 5 年，理想狀況下能達到 10 年。但最近根據 NASA 估計，它可以工作 20 年。最限制它運行時間的是，隨身攜帶的燃料能夠用多久。它到達拉格朗日 L2 點時，並不是完全不動的。它會受到太陽風的照射、微小天體的撞擊，所以姿態需要調整。它需要使用燃料、推進劑來調整姿態，但能攜帶的這種燃料是有限的。
之所以現在預計可以運行 20 年，是因為它發射時軌道精準，前往 L2 點時修正順滑，都沒有消耗多餘燃料，所以基本上攜帶的所有的燃料都可以在正式運行時使用，可運行的時間就變長了。
龍鳳：所以說現在限制它壽命的主要因素是燃料而不是制冷劑。而像 Spitzer 它制冷劑用光了之後，在中紅外波段就不能再很好地工作了。
《矽谷101》：詹姆斯韋伯這一次發射聽起來還是非常成功。你剛提到他在運動過程中，會遇到一些微隕石的撞擊。
黑隕石的撞擊會對這個望遠鏡的影響大嗎？如果它的遮陽板被隕石撞擊碎了會有很嚴重的後果嗎？
呂建偉：這方面其實在設計時就考慮到了。遮陽板被用非常堅韌的材料制造，要求它能扛住微隕石。微隕石尺度其實只有幾微米，與它的觀測波長差不多，像一些微小的塵埃撞在上面。原則不用擔心這方面的事情。
03 挑戰重重，鴿王韋伯差點被砍
《矽谷101》：它現在算是已經脫離了星鏈的軌道到了一個比較安全的區域嗎？它的進程大概如何？
呂建偉：今天早些時候已經只剩下了不到 13% 的路程（已於美東時間1月24日下午2點抵達目的地）。按照它現在運行的速度，應該 10 天內就可以到達預定位置了。這個距離已經離地球和月亮都非常遠了，所以不用擔心地球人造天體對它的影響。
圖｜軌跡圖 圖源：Steve Sabia/美國NASA戈達德
《矽谷101》：它現在整個運行情況和遮陽罩的打開都還算順利嗎？
呂建偉：挺順利的。之前項目的科學家總結了 344 個「失敗單點」。如果 344 個步驟中有一個步驟出錯就會失敗。現在通過不斷努力，只剩下不到 50 個失敗單點了。這是很振奮人心的。
等它到達預定位置之後，為保障它能按正常指標運行，要開展為期 5 個月左右的設備調試與觀測測試。如果一切順利，預計今年六七月份就可以正式進行科學觀測。
《矽谷101》：大概還要五個月的時間才可以回傳照片。
呂建偉：在這之前他會回傳數據給少數的天文學家，以便校準儀器，但不會公開。它在正式開始觀測前，可能會拍一些非常漂亮的照片出來，以便證明望遠鏡工作正常。
《矽谷101》：哈勃望遠鏡放上太空傳回來第一張照片時，人們才發現這個照片是糊的，他的鏡片度數出了問題，近視了。三年之後，美國的NASA才派出太空人對哈勃進行了修復。這應該是第一次有人在太空中對望遠鏡去做鏡片修復。
我們做一個假設，如果在韋伯回傳照片的時候，發現了故障，是不是它很難再去修復了呢？
呂建偉：是的。一方面是因為它離地球實在太遠，要發射任何載人飛船都很蠻挑戰。另外一方面， 詹姆斯韋伯本身的設計，就幾乎沒有辦法進行維護。可以說設計者本身沒有打算做維護。
哈勃相對於詹姆斯韋伯是較小的，主徑只有 2.4 米。如果發射一個太空飛機，可以用飛機的臂把它抓取進來，讓太空人直接修理。因為哈勃小所以好固定，但韋伯比較大，所以即使發射了飛船，也很難把它固定住進行維修。電影《地心引力》有一段就是太空人對接失控後天旋地轉。
圖｜哈勃與韋伯大小對比 圖源：NASA
另外一個是詹姆斯韋伯望遠鏡鏡面達 6.5 米，非常大。它是拼接組成，鏡面伸展開之後無法再合上了，只能保持那麼大。所以你沒有辦法，也很難做出很好位置的固定。但是，實際上詹姆斯韋博望遠鏡的某一個部位，還是預留好了對接窗口。
龍鳳：期待著某一天，我們的能力可以達到。
呂建偉：可能現在的技術和修理能力還沒有達到，但在未來也許是有機會的。可能在燃料要耗盡的時候，可以發射一個太空飛船過去，讓機器人給它加燃料。
龍鳳：我很好奇接下來這 50 個可能會出現問題的地方，有哪幾個是最容易或者最致命的問題？
呂建偉：我不知道這份清單是否被公布出來了。但是我個人覺得出現問題的可能性，包括儀器自身的制冷問題，或者電子線路故障等。但清單裡會包含概率極低的事件，所以原則上應該不會出大的問題。
《矽谷101》：還有一個背景是詹姆斯韋伯宣稱要發射，已經 20 年左右了，大家一直翹首以盼待。對你們而言，今年聖誕節把詹姆斯韋伯發上天是意料之中的事嗎？
圖｜詹姆斯韋伯經費與時間變遷圖 圖源：《自然》雜誌
龍鳳：很出乎意料，已經做好它會繼續延遲的準備了，那一刻，只希望他不要在最後一刻放鴿子。
呂建偉：其實韋伯跟歷史上的太空望遠鏡項目做比較，延期也不是非常久。各種工程上的事情，尤其涉及到高技術時，具體花多少時間是有很多不確定性的。
包括像詹姆斯韋伯望遠鏡，它有一個關鍵設備在提出時，被認為是可實現的。但後來發現有電子控制與材料強度方面的問題。它反覆進行動作的有效次數，就不會特別高，會讓材料產生勞損。這些是項目規劃時難以想到的。技術上的不成熟和研發時間沒有辦法很好的規劃，是一個重要的原因。
同時這種項目隨著時間推移，管理就會變得比較龐雜。韋伯項目足夠大，牽扯的單位比較多，人一多就容易出各種各樣的問題。
另外一方面就是，由於管理方面人為的失誤。比如詹姆斯韋伯在南美髮射場做測試時，有一次一個固定望遠鏡的配件脫落了，原因不明。
這種事情在韋伯的測試和維護過程中其實蠻多。比如有一次在望遠鏡做震動測試時，突然發現一個探測器的指數不正常。它做震動測試前需要把環境抽真空來模擬太空的環境。那次有幾個螺絲莫名其妙沒了，可能是抽真空的時候被抽風機帶走了。
他們五層的太陽帆，在做展開的時候被撕裂了，團隊不得不重新做一份。
甚至望遠鏡在發射前幾個月，運載火箭的推進器和艦載載荷，因為溝通系統問題被送到歐洲。之後他們只好讓廠家給他們重新做了一個運過來。這件事也導致望遠鏡推遲了一陣。大型項目常見就是容易出小紕漏。
除了人為的因素，還有第三類因素——純粹的自然因素。因為詹姆斯韋伯制造時間足夠長，他經歷的自然災難也很多。比如如地震、洪水、海嘯，包括一些山火和最近的新冠等，都導致它在各種不太合適的時間有一些拖延。
這對於這種空間項目蠻常見的，往往需要 10 年、20 年甚至 30 年的時間，才能夠看到它真正的成功，很多空間項目的存活率只有十分之一。
比如 90 年代時，美國本來要造一個大型粒子對撞機。造到一半，突然國會覺得過於耗錢且管理上出了紕漏，就給砍掉了。
同樣因為拖得太久、預算長得太快、管理有問題等原因，詹姆斯韋伯差點在 2011 年被國會砍掉，通過不懈的努力最終才得以成功發射。
《矽谷101》：我覺得真的非常不容易。詹姆斯韋博還是一個跨國合作的項目，多國合作和政治博弈，還要求所有人都非常的嚴謹，聽下來蠻偉大。
呂建偉：根據 NASA 統計，詹姆斯韋伯項目前後，參與人數應該超過了一萬人，參與國超過 14 國。
04 人人有機會申請觀測
《矽谷101》：如果之後韋伯開始工作了，未來的觀測時間會怎麼安排呢？大家是不是都可以申請用這個望遠鏡呢？
呂建偉：對，所有人都可以申請，甚至不做天文都可以申請，如果你的申請可以夠好。一年前做的觀測申請告示，已經接收到了世界約 30 個國家提出的觀測申請了。這對全世界科學家都開放。
另外一個好事是，天文學各種項目，無論空間還是地面的，往往它在一段時間之後就會完全公開，不會有人把數據自己藏著掖著。這些都可以在網上下載，甚至很多天文愛好者，下載後處理的照片比天文學家更漂亮。
圖｜哈勃望遠鏡拍到星帆 圖源：ESA/Hubble & NASA
龍鳳：韋伯望遠鏡保密時間點是一年嗎？是和我們地面望遠鏡相同的時間？
呂建偉：對，大部分項目是保留一年，但極個別的項目，是觀要求數據能立刻公開。
龍鳳：這一年是作為項目的 PI（Principal Investigator 項目負責人） 可以提望遠鏡的科研提案，數據采集一年之後這段時間是由項目組獨有的，可以用它來發表科研結果。數據在一年之後就會公開，所有的人都可以拿到了。
不同的項目，其實大部分時間還是會給參與國的科學家。對於韋伯來說，他們有百分之多少的比例可以作為開放時間 ，給所有國家的人申請。比如說我之後回了中國，申請成功的比率會比在美國低多少？
呂建偉：他們現在的審稿是完全匿名的，但根據第一輪觀測申請審核的結果看，一些完全沒有參與到詹姆斯韋伯項目裡的國家是有時間的。
《矽谷101》：你們學校拿到了多少觀測時間？
呂建偉：我們學校除了紅外天文學的組，還有別的一些天文學家和研究組。整個詹姆斯韋伯在第一年運行的 13% 的觀測時間，是分配給我們學校的天文學工作者。目前全世界拿到時間最多的單位就是我們學校。
《矽谷101》：你們學校拿到的 13% 觀測時間，是優先獲得的，還是和大家公開申請時，一起排序獲得的？
呂建偉：這是兩個類型。我們學校的紅外天文組，分配到的幾百個小時的時間裡，只要寫一個簡單的科學計劃。對他們的審核是非常寬鬆的，限制很少。
還有一大部分是比較一般的普通申請。這種需要提前寫一個觀測的計劃，詳細說明目的、價值、技術手段、設計細節等。這和很多人同臺競技，有一個很強的選擇。
《矽谷101》：你們倆現在有提交計劃嗎？
龍鳳：我個人沒有，但上一次公開申請參與的三個項目，都拿到了時間。我也計劃從今年開始試一試。
呂建偉：我自己做 PI 的沒中，但參與到的幾個都中了，包括有一個我寫了半個的。
龍鳳：觀測這方面，普通的一些觀測望遠鏡設備，我們都有分為普通的體驗和大項目體驗，大項目的時間需要超過某一個標準。比如我經常工作的一個設備，如果所要的時間超過 100 個小時，那麼就會成為一個大項目。我想知道韋伯有沒有這樣的區分？什麼樣的項目會成為大項目？
呂建偉：它確實有區分。觀測總時間超過 60 個小時應該就算是大項目了。大項目審核的過程會比小的項目難一些。你要在一個項目花很長的時間，會有更多的人會參與到審核過程中，保證科學實現的可能性。它的設計是合理的，結果是重要的。
龍鳳：但大項目可能會對某個領域起非常大的推進作用，這也是為什麼它需要花那麼多時間，來完成這個科學目標。
05 天文學家眼裡，外星人100%存在
《矽谷101》：我很想問一個很多人心中普遍的疑問，你們相信宇宙中有外星人嗎？我知道在天文學的圈子裡，關於這個問題有很多不同說法，我想知道你們個人對這個問題的看法是什麼？
龍鳳：我相信他們的存在。宇宙浩渺無窮，我們已經找到了 5000 多顆系外行星。我們正在積極搜尋，他們的大氣長什麼樣子，能否維持生命的存在。這幾千顆行星，是在過去十年內很短的時間內發現的。如果我們的設備、觀測手段不斷提升，我們會發現更多。如果你的樣本足夠大，總有那麼一兩個也許能夠支持生命，那可能就會能夠孕育給我們相同或不同的生命體存在。
呂建偉：我認為外星人一定存在，我可以 100% 這麼說。我們現在對於科學的理解，包括知道物質是由一些基本元素組成的、萬有引力等都是一回事。比如地球上運行的軌道按照牛頓力學的做法、加上引力相對論的修正，就可以預期天體的運行。
有一個天文學的理念叫哥白尼原理。他提出——宇宙中各處基本都是一樣的。無論地球、太陽系甚至是銀河系本身在宇宙中都沒有什麼奇特之處，它們只是宇宙中隨機的一個點。宇宙的基本構成，包括物理規律，基本上在天空中沒什麼太大差別。
所以生命的起源其實就是非常自然的物質演化的結果，沒有任何神性的東西在裡面。這就是一個自然的產物。
當你的天體的環境、溫度、元素成分、主要的恒星之間的距離所處位置等一定條件時，生命的誕生就是一個自然而然的過程。就像我們知道行星誕生在恒星周圍，恒星誕生於星系中，就只是龐雜程度和物理尺度不一樣。但是只要物理規律一樣，就沒有任何理由說全宇宙只有地球有生命。
《矽谷101》：兩位的觀點基本上是一致認為有外星人。那地球收不到關於外星人的信號呢？
呂建偉：你想想要探測這個外星的信號，有什麼樣的手段？可能會說造望遠鏡或者做電波接收器，因為覺得外星人可能會發一些信號給地球人，這是大家想到的交流方式。
但我們發明天文望遠鏡僅 400 多年的歷史，射電波真正應用就是100 年的樣子，對比宇宙 138 億年的年齡，這些都非常短了。把宇宙從大爆炸誕生到我們今天的時間縮到一年的時標上，人類發明望遠鏡包括工業革命這幾百年，就像各宇宙一年的 12 月 31 號晚上 23 點 59 分 59 秒那一秒。
圖｜從宇宙大爆炸開始看 各個望遠鏡能看多遠 圖源：NASA and and Ann Feild
相對於宇宙這麼長的時間，人類文明產生的技術也只是一個時間的小點。如果你在這麼短的時間能看到外星人，那就證明外星文明的密度非常高。
《矽谷101》：我們可不可以理解，其實我們這次把詹姆斯韋伯放上太空，它要研究的問題也是在解決宇宙有沒有外星文明，宇宙的起源是什麼，這些非常基本的問題。
呂建偉：NASA 負責科普部門的指導意見是，一旦大家說詹姆斯韋伯，是找外星文明的要及時進行糾正。極大概率上詹姆斯韋博，是不會直接探測到外星文明的信號的，不能讓公眾有錯誤的期待。
它跟生命起源比較有關係的事情是它可以拍一些太陽系外，即其他恒星周圍、行星系系統裡面行星的表面大氣。之前在地面上的望遠鏡，探測靈敏度不夠高，覆蓋的波長不夠長。但通過詹姆斯韋伯望遠鏡，有可能拍攝到一些系外行星大氣的光譜。
通這個光譜你可以判斷出來它的大氣成分。它上面是不是含有很多的水、二氧化碳之類的？它可能能幫助挑選出一些或者一批有潛力孕育生命的行星。但是判斷上面是否有文明存在？我覺得詹姆斯韋伯可能做不到。
《矽谷101》：所以他只能把這些行星找出來。
龍鳳：找到最有可能的、有代表性的，然後我們看有沒有辦法對他們再進行更細致的研究。
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