NASA发布史上最深的宇宙全彩照！韦伯如何回传150万公里外的太空数据？
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2022-07-16 20:35
来源：大数据文摘 本文约3000字，建议阅读5分钟
距离地球约150 万公里处的数据，到底是如何被存储并且准确传输到地球的呢？
2022年7月11日凌晨，乔·拜登总统、副总统卡玛拉·哈里斯和美国国家航空航天局局长比尔·纳尔逊公布了耗资100亿美元的詹姆斯·韦伯太空望远镜的首秀！
这是詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)发布了第一批图像。本张图片也是韦伯望远镜发布的首张全彩图像和光谱数据。
根据美国国家航空航天局的说法，这是迄今为止最深的宇宙红外图像！NASA表示，这张照片只用了望远镜四个仪器中的一个12.5小时的观察时间就创造出来了。
NASA表示，韦伯锐利的近红外视图显示了极其遥远星系中的微弱结构，提供了迄今为止最详细的早期宇宙视图。
“今天代表着探索我们宇宙的一个激动人心的新篇章，”哈里斯说。“从有史以来，人类就带着奇迹仰望夜空，多亏了几十年来一直致力于工程和科学奇迹的人们，我们才能以新的理解仰望天空。”
这张图像显示的是SMACS 0723，展示了位于南天的飞鱼座（Volans），是一个还未被广泛研究的地带。从照片上可以看到它周围的众多星系和很多弧线，这些弧线，被称为“爱因斯坦环”，是极大质量的前景星系团放大和扭曲了背后星体的光造成的。这张照片通过多种不同波长图像的叠加，展示了130多亿年前的宇宙景象。照片上展示的这片星系，从地球上看，大约只是手指尖上的一粒沙这么大，却包含了如此多的广袤深邃的内容。
这张图还只是本套图片中的一部分，美国国家航空航天局及其合作伙伴将于 7 月 12 日星期二在美国国家航空航天局电视直播期间发布韦伯的第一批全彩色图像和数据（称为光谱）的全系列，也欢迎大家关注。
作为有史以来最大最复杂的天文台发射进入太空，韦伯太空望远镜已经经历了六个月的准备期，终于开始进行科学工作了。这是一个非常庞大且细致的机器，也经过了多年的任务规划，才终于建立了第一批图像和数据：以图像的方式向整个人类展示来自太空的故事。
“韦伯的第一张全彩色图像的发布为我们所有人提供一个独特的时刻，让我们停下来惊叹于人类从未见过的景象，”华盛顿 NASA 总部韦伯项目科学家 Eric Smith 说。“这些图像将是数十年奉献、才华和梦想的结晶——但它们也只是一个开始。”
韦伯太空望远镜是欧洲空间局，加拿大航天局和美国国家航空航天局的共同合作开展的航空计划，也是哈勃空间望远镜和斯皮策空间望远镜的后继计划。它旨在提供比哈勃空间望远镜更高的红外分辨率和灵敏度，观察物体的亮度比哈勃望远镜探测到的最微弱物体的亮度要低100倍，这将使天文学和宇宙学领域的广泛研究成为可能，例如对宇宙中一些最古老和最遥远的物体和事件（包括第一颗恒星和形成的第一个星系）进行高达 z≈20的红移观测，以及潜在适居住太阳系外行星的详细大气特征。经过几个月的工作，这张全彩图像也是JWST向全人类交出的第一份作业。
尽管这张图像只是韦伯望远镜或者更深入宇宙探索的开始。但你肯定也会像文摘菌一样很关心，距离地球约150 万公里处的数据，到底是如何被存储并且准确传输到地球的呢？
150万公里外的每天57 GB 的数据如何存储并回传？
事实上，韦伯的通讯技术并不华丽。在遥远外太空作为信息获取信号，相比技术的先进性，数据和通信系统最需要的核心性能更是——可靠。但不可否认，JWST依然进行了很多技术上的突破。例如，这是第一个使用K a波段频率来实现距离地球如此之高的数据速率的任务。同时，JWST 的通信为 JWST 的科学努力奠定了基础。
JWST 停在拉格朗日点 L2。这是一个引力平衡点，位于地球外约 150 万公里处，位于行星和太阳之间的直线上。对于 JWST 来说，这是一个理想的位置，可以无障碍地观察宇宙，并且轨道调整最少。
然而，距离地球如此之远，意味着数据要走得更远才能将其整合为一体。这也意味着通信子系统需要可靠，因为至少在短期内，一旦出现问题，派遣维修人员来修理的可能性极小。JWST 的任务系统工程师Michael Menzel说，考虑到所涉及的成本和时间，“除非出现严重错误，否则我不会进行会合和维修任务。”
据以某种身份从事 JWST 工作 20 多年的 Menzel 表示，该计划一直是使用广为人知的 K a波段频率来传输大量科学数据。具体来说，JWST 正在以高达 28 兆比特/秒的速度在 25.9 吉赫兹信道上将数据传输回地球。K a波段是更宽的K 波段的一部分（另一部分，Ku 波段，也被考虑在内）。
拉格朗日点是平衡位置，在该位置上，物体上的竞争引力牵引力为零。JWST 是目前占据 L2的另外两艘飞船之一。
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