詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope，简称JWST)落后于计划数年，超出预算数十亿美元，经常发现自己成了人们的笑柄。从讽刺漫画更多的严厉的批评美国宇航局(NASA)、欧洲航天局(ESA)和加拿大航天局(Canadian Space Agency)的旗舰项目是一个很容易瞄准的目标。然而，许多人会认为，这些延迟和预算问题只是表明了该望远镜的空前规模和远大抱负。当它有望于10月31日发射时，它将成为迄今为止发射到太空中最大、最复杂的天文台。JWST将在距离地球约150万公里的高处，在月球轨道之外，彻底改变我们对宇宙的认识。但是，这台望远镜究竟能做些什么来证明几十年的努力和投入是合理的呢?

上周我们找到了答案。3月30日，位于巴尔的摩的太空望远镜科学研究所(STScI)揭示了建议被选为JWST第一年运营(即第1周期)的普通观察员(GO)项目。它们构成了该望远镜在第一个周期中进行的大部分观测，包括从寻找附近的岩石系外行星的大气层到探索宇宙最早的星系等一切。这些项目可能会在明年的这个时候启动，在启动后会有高风险的风险部署望远镜巨大的6.5米分割镜和多层遮阳板，以及随后6个月的仪器调试阶段。

一旦准备工作完成，第1周期观察就可以开始了。JWST开放研究的一部分(约460小时)将用于研究早期版本的科学(ERS)程序的设计目的是让望远镜的仪器通过它们的速度。将近4000小时将用于保证时间的观察(GTO)项目，授予帮助打造JWST软硬件的科学家。但第一年的大部分观测时间(约6000小时)将用于全球科学家提出的利用该望远镜独特功能的GO项目。

“这真的是一件大事，”STScI的负责人肯尼斯·森巴赫(Kenneth Sembach)说。STScI将像运行该项目的前身哈勃太空望远镜一样运行JWST。“作为第一批被接受的提议之一，有可能真正改革天文学的全新天文台是社区等待了很长时间的事情。这些都是探路者，这类科学建议将为未来的天文台指明道路。”

面向所有人的望远镜

为了确保望远镜“超额预定”，不会让它无所事事，特意分配的总时间加起来超过一年中的小时数。太空科学天文台长期计划小组的负责人大卫·阿德勒说，20世纪90年代早期哈勃望远镜运行时出现的一个错误是缺乏项目导致了一个闲置的天文台。JWST的时间将被精心设计，允许它在指向天空特定区域的同时，通过不同的程序进行观测。阿德勒说，这种安排将确保它不会不断地来回旋转视角，浪费燃料，并冒着积聚动量的风险，可能给“望远镜施加不必要的扭矩”。

这些项目的范围从影响深远的科学到引领潮流的探路者观察，它们是由科学家小组以双盲的方式选择的，以防止信息的泄露，如申请人的性别，这可能会对决策过程产生不恰当的影响。在收到的约1200份建议书中，专家组从41个国家的科学家中选出了266名，其中三分之一的科学家将由女性领导。大约三分之一来自欧洲航天局成员国——欧洲作为JWST的主要合作伙伴，保证至少占望远镜观测时间的15%，但最终只占30%——还有2%来自加拿大。然而，大多数提议来自美国科学家。

为了使科学回报最大化，Cycle 1的General Observer项目的总观测时间被分成了不同的子类:星系的32%，系外行星的23%，恒星物理的12%，等等，直到我们自己的太阳系的6%。在这些类别中，有小型项目(观察时间不超过25小时)、中型项目(超过25至75小时)和大型项目(超过75小时)。后者也被视为“国库项目”，有望提供广泛的数据集，为几代研究人员的后续研究奠定基础。

到宇宙

在所有“普通观察者”项目中，最大的奖项授予了罗切斯特理工学院的Jeyhan Kartaltepe和德克萨斯大学奥斯汀分校的Caitlin Casey，为他们分配了208.6小时的学习时间COSMOS-Webb建议。卡塔尔泰佩、凯西和同事们打算研究宇宙中数千个最早的星系，它们都是在宇宙大爆炸后10亿年内形成的。这些星系是如此的模糊，以至于它们超出了人类望远镜的研究范围，直到现在，只有少数几次由哈勃望远镜观测到。Kartaltepe说:“这真的是无与伦比的。”“哈勃望远镜已经越来越小了，但它的大小和灵敏度确实限制了它。韦伯真的会清理并探测到更微弱的东西。”

这可以帮助我们理解宇宙历史的一个关键部分，也就是再电离时期”大爆炸后40万年到10亿年，第一批恒星和星系出现。Kartaltepe说:“我们认为再电离并不是在所有地方同时发生的。”“它发生在口袋或泡泡里。这些气泡与宇宙最初的大尺度结构有关。我们希望绘制出这种结构。”

在其他地方，NASA艾姆斯研究中心的Natasha Batalha和卡内基科学研究所的Johanna Teske是第三大时间分配和最大的系外行星计划的接受者，因为他们的提议研究十几个系外行星的大气层以一种前所未有的方式。通过141.7个小时的观测，该项目将使用JWST的巨大镜子来观察这些行星经过它们的主恒星，当它们经过前面时挡住星光，使研究人员能够计算出存在的任何大气的基本组成和结构。

巴塔利亚、特斯克和他们的同事将观察到的世界，大小在地球的一到三倍之间，被认为是有趣的超级地球和亚海王星，JWST可能会改变我们对这些行星的认识。巴塔利亚说:“为了在真正可能类似地球的宜居行星中寻找生物特征，我们真的需要了解迄今为止已经发现的行星的全部多样性。”“完整的多样性包括这些奇怪的超级地球(和)亚海王星，它们被强调为银河系中最常见的行星类型之一。我们真的不知道它们是什么。对于JWST来说，调查这些行星是非常重要的。”

另一个热门的研究对象是trappist -1，这是一个距地球40光年的凌日行星系统，据信由它组成七个地球般大小的行星绕着一颗红矮星旋转。研究人员认为其中一些星球可能适合居住，所以为了进一步了解这个系统，JWST的两个GTO项目和三个望远镜的GO项目将聚焦于它。位于德国海德堡的马克斯·普朗克天文研究所所长劳拉·克雷德伯格(Laura Kreidberg)是其中一个围棋项目的负责人。该项目将使用JWST来评估该系统第二大内部世界TRAPPIST-1c和to的温度寻找那颗行星上的大气层通过近18个小时的观察。

尽管TRAPPIST-1c本身被认为温度太高，不适合生命生存，但大气的存在表明，该系统中温度更低、可能更宜居的世界也可能有大气。目前只有JWST能够提供这些数据。克雷德伯格说:“我们需要在红外线中观察到很远的地方。”“地球太热了。你必须在寒冷的太空中有一个望远镜，它有足够的波长覆盖范围。JWST是迄今为止建造的唯一一个可以做到这一点的望远镜。”

没有地方比得上家

在我们自己的太阳系中，詹姆斯韦伯望远镜的能力也被认为是变革性的。中佛罗里达大学的诺埃米·皮尼拉-阿隆索计划用这台望远镜研究59个海王星外天体(TNOs)——海王星轨道外的冰冷天体——这是一项前所未有的持续观测活动将近100个小时．JWST将能够分辨出出现在这些物体上的物质，比如水或复杂的有机物——这在之前只有40个最亮的TNOs才有可能做到。皮尼拉-阿隆索说:“通过JWST，我们对太阳系的广泛了解无法与我们现在所拥有的相提并论。”

还有一些高风险的项目，它们依赖于JWST能够快速跟进的事件，也就是所谓的机会目标。美国宇航局戈达德太空飞行中心的马丁·科迪纳是领导一个这样的项目该望远镜希望能观测到穿越太阳系的星际物体2017年“Oumuamua或2019年鲍里索夫彗星．他说:“我们祈祷我们能得到一个。”如果它的距离是我们恒星的地日距离的几倍，JWST应该能够研究它——科迪纳领导了这项活动。“目的是，”他说，“表征化学成分”，比如水和二氧化碳，让我们对来自另一个行星系统的物质有了初步了解。

这样的项目只是JWST将释放的大量科学成果中的一小部分。但最重要的是，它们是研究人员和公众应该期望从这台望远镜中获得的变革性结果的一个指标。不过现在，世界必须焦急地等待JWST的成功发射，并希望每一台机器都能如预期般运转，让这扇通往宇宙的神奇之窗打开。欧空局科学主任Günther Hasinger说:“当所有这些机制展开时，将会有几天的恐怖。”虽然许多人都渴望尽快开始，但不会有以JWST为代价的急迫玩笑被诅咒。“要有耐心，”哈辛格说，“祈祷我们能把这台奇妙的机器送入轨道。”