2020年11月的最后一周，随着全球COVID-19大流行的肆虐和圣母大学期末考试的进行，物理学教授克里斯托弗·霍克（Christopher hok）决定躲在一间小屋里，起草一份提案，利用四分之一世纪以来最受期待的天文工具进行九博体育研究。

该提案涉及使用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）来九博体育研究星系尘埃和气体是如何从类似银河系的盘状星系的平面上排出的。如果他的提议被接受，他将与九博体育研究教授尼古拉斯·雷纳（Nicolas Lehner）和其他合作者一起，成为第一批使用太空红外望远镜来帮助了解宇宙形成的天体物理学家。

他说，他的九博体育研究理念需要做很多工作，几乎是压倒性的。

霍克说：“我在这个房子里呆了大约五天，独自一人，吃了一堆食物，喝了一些酒，我就是这样写的求婚书。”“关于这台望远镜的工作原理，我有很多东西要学，我需要弄清楚我们如何才能做我们想做的事情。”

该望远镜于20世纪90年代构思，原计划于2007年发射，是美国宇航局最大、最强大的望远镜。它的主镜由18个镀金六角形部分组成，在距离地球100万英里的地方展开，就像一朵21英尺高的盛开的花朵，使哈勃太空望远镜相形见绌。

对九博体育研究潜力的兴奋让天文学家们紧张了好几年，等待着发射的那一天。和等待。然后再等一会儿。

早上7点20分，这一天终于到来了。2021年12月25日。当天上午，载有望远镜的阿丽亚娜5号（Ariane 5）火箭从位于法属圭亚那的欧洲航天局（European Space Agency）发射台发射升空。法属圭亚那是位于南美洲海岸的法国领土。

美国宇航局认为JWST的发射是“阿波罗时刻”，使用该仪器完成的观测和实验有望增加或改变对宇宙的理解。它可能在初夏传回的照片的细节水平预计将是精致的，超越科学家和公众习惯于从哈勃望远镜上看到的令人叹为观止的景象，哈勃望远镜本身已经拍摄了许多壮观的图像。

JWST观察宇宙的光谱与哈勃望远镜不同，前者是红外光谱，后者依赖于可见光和紫外线。由于红外线是一种更好的测量热量的工具，科学家们将能够使用来自JWST的观测结果来更清楚地评估恒星和尘埃的温度。

正是对恒星形成过程中从星系中喷出的尘埃的好奇，激发了霍克和雷纳为今年夏天开始的JWST一般观察者计划进行九博体育研究。然而，霍克与雷纳合作的时间，更不用说他在密歇根小屋里专心工作的时间，证明是卓有成效的。

该九博体育研究团队还包括密歇根州立大学（Michigan State University）和太空望远镜科学九博体育研究所（Space Telescope Science Institute）的科学家。该九博体育研究团队的提案是第一轮项目中选定的268个具体项目之一，将在几个月内启动。

利用JWST上的仪器，霍克和雷纳将九博体育研究一个名为ngc891的星系。这个与银河系相似的螺旋星系位于仙女座，距离地球约3000万光年。他们将把它与附近的梅西耶82星系进行比较，梅西耶82星系也被称为雪茄星系。梅西耶82是一个小的星暴星系，之所以如此命名是因为它以惊人的速度形成恒星。它表现出由爆炸驱动的大量气体流出。

尽管九博体育研究人员怀疑银河系的外流更像是一种渗透，但他们计划利用JWST来发现NGC 891是否也会喷出类似的爆炸风。

雷纳说：“我们正试图了解银河系圆盘上发生了什么，以及离银河系更远的地方发生了什么。”当JWST的想法形成时，他还没有开始他的博士课程。“有了詹姆斯·韦伯，我们应该能够对这个过程有更深入的了解。”

他们希望在用韦伯完成16个小时的观测后能有一个更清晰的画面，尽管他们的工作数据要到2022年底或2023年才能到达。

即使是天体物理学家，他们习惯了实验和结果之间的长时间间隔，也认为这是一个很长的滞后时间。雷纳说，在这个项目周期中，有四分之一的项目被接受，而在其他天体物理学九博体育研究项目的提案周期中，平均只有七分之一的项目被接受。他还指出，由于望远镜调试和数据检索之间的时间间隔，撰写提案的天文学家越来越少。

实验和数据之间的长时间等待的原因与仪器及其放置的复杂性有关。对于霍克和雷纳来说，这些限制意味着他们的实验将在2023年1月1日左右进行。

“韦伯必须一直把它的遮阳伞挡在望远镜和太阳之间；这有助于保持望远镜和仪器的凉爽。所以，它必须等到它在与太阳相反的天空中寻找一个物体，”霍克说。“在这两者之间，望远镜在天空上的正确方向（以绘制我们需要的地图形状），以及最有效的时间表（从而允许尽可能多的科学九博体育研究），它限制了观测的时间。”

因此，在他们开始接收数据之前，霍克和雷纳——以及其他所有科学家——将不得不像其他公众成员一样等待和观察委托活动的进展。

自项目开始以来，望远镜的建造和其他后勤工作遇到了一系列挫折。一开始，挫折是金钱上的，这个项目最初由美国国会设定的上限为80亿美元，最终花费了100亿美元。还有其他问题。例如，在2018年，一个网球场大小的遮阳板在发射后需要在太空中展开，在一次练习部署中被撕裂。2020年，COVID-19大流行造成了延误。

运送望远镜也是一项后勤上的壮举。官员们最初计划将飞机飞到位于南美洲东北海岸的法属圭亚那首都卡宴。但是，从机场到火箭发射台的60英里路程是由沙土构成的，无法支撑望远镜的重量。因此，JWST从加利福尼亚通过巴拿马运河运到法属圭亚那，这次旅行花了16天。

仅在12月，发射就被推迟了几次，美国宇航局最终决定在圣诞节早上发射。霍克和他的妻子在他母亲的家里度假，他们三个很早就起床去看发射的广播。

霍克说：“我不会说我很紧张，我只是很兴奋。”“如果我们没有时间在望远镜上，我当然会对它的发射感兴趣和兴奋，因为它代表了天文学界的巨大成功。

“然而，知道我们将能够利用这个天文台来做我们20年来一直想做的事情，这让它变得更加个人化。”

雷纳非常兴奋，他拍下了JWST独自开始旅程的那一刻，在助推器分离并落入海洋之后，鼻锥脱落。

“仔细想想，这有点傻，但我想捕捉那一刻。这肯定是我很长时间以来看到的最好的事情。”

在发射后的三周内，望远镜展开了它的反射镜片段，直到它们全部到位，除了以1毫米/天的增量进行微小的调整，有时是人类头发的宽度，直到它们达到完美。接下来，JWST完成了一些计划中的中途修正燃烧，以达到太阳-地球拉格朗日点，称为L2。它于1月24日到达的最终目的地是太阳和地球引力保持卫星平衡的区域之一——从太阳上看，它在地球后面超过93.2万英里。

该仪器仍在继续冷却，在四到五个月内，在所有光学元件对准和仪器校准后，该望远镜将投入使用。

虽然霍克和雷纳是圣母大学物理系第一个在JWST观测的初始阶段进行九博体育研究的人，但该系的其他人也对这一进展感兴趣。他们也同样为游戏的成功发行感到高兴。

助理教授劳伦·韦斯（Lauren Weiss）记得，在20世纪90年代参加中学科学博览会时，她收到了一块冰箱磁铁，上面宣传着JWST当时的名称：下一代太空望远镜。韦斯回忆说，磁铁上印着“2006年”作为发射日期。

“我觉得这很酷；我将在2006年高中毕业，拥有这个新望远镜真是太棒了，”她说。“但现在我是一名教授，现在是2022年，它刚刚启动。”

Weiss在她的九博体育研究中结合使用地面和太空望远镜来定位和表征系外行星，系外行星是围绕太阳以外的恒星旋转的行星。

她和她在夏威夷大学的一名毕业论文学生有兴趣最终使用JWST来测量他们发现的行星白天和黑夜之间的温差。Weiss在2021年来到圣母大学之前曾在夏威夷大学工作。这颗行星是由美国宇航局凌日系外行星测量卫星（TESS）太空望远镜和夏威夷的W. M.凯克天文台发现的。

同样，她描述的大多数行星都是通过太空望远镜发现的，尤其是开普勒太空望远镜。开普勒及其扩展任务K2在四年时间里帮助九博体育研究人员发现了2600多颗行星。从2009年到2018年望远镜退役，这些任务还调查了50万颗恒星。TESS在寻找系外行星方面取代了开普勒。

魏斯感兴趣的一颗行星的质量大约是地球的三倍，但它的轨道离它的恒星非常近。很热——3000度的热。

韦斯说：“生物化学界得出的一个重要结果是，岩石基质的存在使化学反应真正产生了生命。”虽然3000度可能太热，不适合生命生存，但这是地球的平均温度。它是潮汐锁定的，这意味着它的同一面总是面向它的恒星。它是迄今为止发现的最古老的岩石行星之一。

Weiss想用JWST来确定这颗行星的元素组成，以及它是否有由硅酸盐蒸汽组成的大气，将热量从白天的一面传递到夜晚的一面。虽然这是哈勃望远镜可能进行的实验，但JWST的红外能力将为她提供旧望远镜无法提供的独特信息。此外，使用JWST更实用，因为它的轨道离地球很远，在第二个拉格朗日点附近。

她说：“哈勃围绕地球运行，很少有超过20到30分钟不间断的观测时间，因为地球在中途，而且频繁的数据下载也会中断观测。”

物理系助理教授杰弗里·奇尔科特（Jeffrey Chilcote）也对JWST的红外能力在寻找系外行星，特别是从地球上更难看到的较冷的行星方面开辟的可能性感到兴奋。

各种类型的望远镜都能很好地探测到昏暗的物体，但很难探测到行星，因为它们离明亮的恒星太近了。红外望远镜的光谱范围可以使这种探测——通常被描述为能够在灯塔的信标附近看到一只萤火虫——更加明显。不幸的是，地面红外望远镜必须建在高大干燥的山上，以抵消水蒸气对图像的影响，限制了九博体育研究的访问和位置。

但是，由于JWST离地球很远，它是一个稳定的平台，可以让它探测到Chilcote九博体育研究和建造天文仪器的目的：直接成像更古老的太阳系外行星。他很高兴能写一份使用JWST进行这项九博体育研究的提案，并指出这种类型的工作并不是望远镜最初建造的目的。

“第一个直接成像的系外行星直到JWST被提出之后才被发现，即使在JWST处于更成熟的设计和建造阶段，寻找行星也是一个非常年轻的领域，”Chilcote说。“它是为银河系外的伟大发现而建造的。

“但对于温度较低的行星，年龄稍大的行星以及围绕较小恒星的行星，詹姆斯韦伯应该做得很好，特别是能够观察我们无法从地球进入的区域。”

正如这些圣母大学的教授受到JWST所带来的可能性的启发一样，他们设想学生和博士后九博体育研究人员将能够从这个新工具中获得很多东西，而无需等待几十年。

在接下来的6到12个月里，从JWST获得的一些数据集将是非专有的，并向整个天文学界开放。霍克说，这将给学生提供深入九博体育研究数据的机会，并考虑他们在博士和博士后工作期间可能喜欢做的工作类型。

JWST的燃料只够维持5到10年，对于太空望远镜项目来说，这是一个相对较短的时间框架。然而，美国国家航空航天局的官员将他们对望远镜寿命的预测延长到10年或更长时间，因为发射的精度和计划的航向修正。更高的精度等于在任务开始时使用更少的推进剂。

这让九博体育研究人员松了一口气。由于数据需要很长时间才能返回，5年的窗口期将限制任何科学家使用望远镜的时间，并可能阻止有兴趣成为天体物理学家的本科生使用它。当然，JWST处在一个任何事情都可能发生的空间，无论好坏。哈勃位于近地轨道上，预计可以使用15年。尽管在任务早期，它的镜子出现了问题（后来在太空行走中修复了这个问题，但由于JWST的位置远远超出了月球轨道，所以这种方法不能用于JWST），但它在31年后仍在运行。

JWST运行的时间越长，它激发人们对科学的兴趣的时间就越长。霍克说，虽然许多人被迫做天体物理学九博体育研究，以了解我们在宇宙中的位置，以及“我们是如何形成的”，但像JWST这样的项目激发了许多不同类型的科学和工程的兴奋。

“詹姆斯·韦伯望远镜将为科学和技术带来兴奋，激励下一代天文学家、科学家和工程师。——克里斯托弗·霍克

“天文学在很多方面都是一门入门科学，”他说。“当人们看到望远镜传回的漂亮照片时，有些人会为成为天文学家而兴奋，但其他许多人会对九博体育研究科学感到兴奋。”

来自JWST的照片可能是他们进入科学领域的开端，但他们可能会决定成为癌症九博体育研究人员。或者，他们最初想成为美国国家航空航天局的工程师，但在学习过程中遇到了有趣的问题，他们想进一步探索，并成为修路的土木工程师。

霍克说：“詹姆斯·韦伯望远镜将为科学和技术带来兴奋，激励下一代天文学家、科学家和工程师。”

也许有一天，这些科学家会逃到一个小屋里度周末，写一份使用未来“阿波罗时刻”技术的九博体育研究提案。