JWST團(tuán)隊中沒有人會忘記HST主鏡上存在的幾乎斷送整架望遠(yuǎn)鏡的瑕疵，直到宇航員為在軌的HST安裝了縮焦鏡之后問題才得以解決。因此NASA計劃在真空室里以工作溫度從主鏡到全部儀器對JWST的所有光路進(jìn)行整體測試。這也正是技術(shù)人員拆除約翰遜航天中心巨大檢測室中太陽模擬燈的原因。他們的測試程序會從HST的差錯中吸取教訓(xùn)，不再會單單由一組測試來下結(jié)論。

　　當(dāng)完全展開之后，JWST的18塊六邊形鍍金拼接鏡面會構(gòu)成有效直徑6.5米的主鏡。這使得JWST的集光面積達(dá)到了HST的6倍多。通過分析獲得的圖像，計算機軟件會控制安裝在拼接鏡面后面的觸動器來微調(diào)主鏡的整個形狀。

　　通過遠(yuǎn)離任何熱源以及一個網(wǎng)球場大小的太陽傘所提供的永久陰影，JWST及其所搭載的儀器會被動冷卻到它們-233℃的工作溫度。在抵達(dá)L2大約6個月之后，JWST就將開始其為期5年的科學(xué)使命。如果運氣好，它的壽命可以延長到10年。

直擊紅外

　　1989年天文學(xué)家們便開始討論HST的繼任者，當(dāng)時甚至距離HST的發(fā)射還有整整一年。到20世紀(jì)90年代中期，他們已經(jīng)確定了這架空間望遠(yuǎn)鏡的規(guī)格，要求它具有4米或者更大的主鏡并且對紅外波段進(jìn)行優(yōu)化。

　　那么為什么要針對比可見光波長還要更長的紅外波段呢？HST已經(jīng)為天文學(xué)家提供了前所未見的最年輕星系的動人影像，但它可以回溯的時間仍然有限。這些遙遠(yuǎn)的目標(biāo)不僅小而暗，同時宇宙的膨脹還會拉伸并且紅移它們所發(fā)出的輻射。星系的距離越遠(yuǎn)，它的紅移就越大。

　　例如，一個紅移為1的星系（它所發(fā)出光的頻率移動了100%），它的距離將近80億光年，我們看到的它正處于宇宙的年齡尚不足其今天137億年一半的地方。更形象地說，從目前的宇宙遙看一個紅移為1的星系就相當(dāng)于一個70歲的人看到他/她30歲的樣子。從這個意義上講，在宇宙中遠(yuǎn)望就等效于時間旅行。

[圖片說明]：這是用來整體測試JWST光學(xué)元件和太陽防護(hù)罩的模擬器。版權(quán)：NASA/GSFC。

　　天文學(xué)家有一個巧妙的辦法可以快速地估計星系的紅移。波長91納米（1納米=1/1,000,000,000米）的紫外光具有足夠的能量可以剝離氫原子的電子。結(jié)果是，整個宇宙中散布的氫就可以吸收掉這一波長以及更短波長的輻射。因此，通過在不同的濾光片下來看同一個星系，天文學(xué)家就能借由尋找該星系在哪個波長上消失了來估計出它的紅移和距離。

　　在紅移3.5附近，宇宙的膨脹會把這一“星系隱去”特征推出紫外進(jìn)入可見光波段。在這一距離上，類太陽恒星所發(fā)出的光則被紅移到了紅外波段。而到了紅移7.5處，“星系隱去”特征本身就位于了紅外波段。

　　深入紅外波段還使得JWST特立于未來十年天文學(xué)家想建造的大型地面設(shè)備。因為從波長1.7微米（1微米=1/1,000,000米）開始所有的地面望遠(yuǎn)鏡甚至是HST都會向外發(fā)出輻射。加之大氣本身的輻射幾乎阻斷了絕大部分的紅外波段，當(dāng)你進(jìn)入波長大于5微米的波段時，JWST比起地面上相同大小的望遠(yuǎn)鏡要好上一百萬倍。而JWST上的中紅外設(shè)備會進(jìn)一步加大這一優(yōu)勢，賦予它波長到28.5微米的觀測靈敏度。

追尋星系

　　從2002年宇航員在HST上安裝了高新巡天相機開始，天文學(xué)家已經(jīng)用它和星系隱去技術(shù)測量了紅移在3到6之間的大約6,000個星系。2005年，光譜測量確認(rèn)了哈勃超深空區(qū)（HUDF）――HST花了11天的時間“盯”著南天相對較空的區(qū)域所拍攝的圖像――中的一個隱去星系紅移為6.7，對應(yīng)的宇宙年齡只有8億年。如果還是用人來形容的話，相當(dāng)于一個70歲的人看到他/她4歲時的樣子。

　　這一說法其實非常的恰當(dāng)，因為近距星系和遙遠(yuǎn)星系相比幾乎沒有相似之處。在20世紀(jì)20年代，埃德溫?哈勃對星系的研究發(fā)現(xiàn)近距星系中差不多一半是和我們銀河系類似的旋渦星系。另外40%是橢圓星系，其余的10%是不規(guī)則星系或者是并合中的星系。

　　根據(jù)HST20世紀(jì)90年代的巡天觀測，到紅移為1時，有關(guān)的統(tǒng)計結(jié)果就會變得亂七八糟。在這個距離上，宇宙所包含的旋渦星系和橢圓星系不足近距的一半，而不規(guī)則星系和并合星系的數(shù)量則是近距的5倍多。HST所看到的許多最遙遠(yuǎn)的星系不僅小而且暗弱，形狀上也不規(guī)則，表明我們今天所看到的星系是由大量矮星系碰撞并合而形成的。

[圖片說明]：NASA戈達(dá)德航天中心潔凈室的全景照片，通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭可以觀看其中身著白大褂的工作人員測試JWST部件的過程。版權(quán)：NASA/GSFC/Chris Gunn。

　　2009年天文學(xué)家使用HST的大視場照相機3把紅移極限又往前推進(jìn)了一步（詳見《天文愛好者》2010年第8期《宇宙黎明時分的星系》）。他們在HUDF中發(fā)現(xiàn)了紅移在7到8之間的隱去星系。此外他們還發(fā)現(xiàn)了幾個紅移可能高達(dá)10的星系。如果被證實，我們所看到這些星系正處于宇宙誕生之后不到5億年的時期。

　　這一佐證將來自JWST，它可以探測紅移到20（大爆炸之后1.8億年）甚至更高的早期宇宙。在這個距離上，所見的宇宙就相當(dāng)于70歲的人看到他/她11個月蹣跚學(xué)步時的樣子。JWST在那里所發(fā)現(xiàn)的任何一個矮星系都是新生的。

　　JWST的另一創(chuàng)新是微快門，它可以使得JWST同時獲得數(shù)百個星系的光譜。在JWST近紅外攝譜儀中，四個郵票大小的陣列包含了近25萬個微型電機快門，其中的每一個都可以由磁性開啟和關(guān)閉。有了數(shù)千個星系光譜在手，天文學(xué)家就能夠了解星系的類型以及化學(xué)組成隨紅移的變化，由此就能回答一些有關(guān)星系是如何形成的問題。