科学探索|詹姆斯·韦伯望远镜如何从百万英里外向地球发回大量数据？詹姆斯·韦伯望远镜如何从百万

据TechCrunch报道，美国宇航局（NASA）刚刚披露了詹姆斯·韦伯太空望远镜的第一批全彩图像，从令人敬畏的星系深场到一个遥远的系外行星大气层的微小特征。但是，百万英里外的航天器是如何将数十GB的数据传回地球的呢？

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首先让我们来谈谈图像本身。这些不是普通的JPEG图片--而且韦伯也不是普通的相机。像任何科学仪器一样，韦伯从它的仪器、两个高灵敏度的近红外和中红外传感器以及大量的附件中捕捉和发送大量的原始数据，这些附件可以根据需要将它们专门用于光谱学、日冕仪和其他任务。
TechCrunch以最近发布的第一批图像中的一张为例，进行直接比较。
哈勃望远镜更能与传统的可见光望远镜相媲美，它在 2008 年拍摄了这张船底座星云的照片：

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当然，这是一张令人难以置信的图像。但是哈勃更类似于传统的可见光望远镜，更重要的是它是在1990年发射的。从那时起，技术已经发生了一些变化。
【科学探索|詹姆斯·韦伯望远镜如何从百万英里外向地球发回大量数据？】下面是韦伯的同一区域的版本：

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对任何观众来说，即使是看这些小的版本，韦伯的版本也有明显的细节。星云的“薄纱质地”被分解成了复杂的云层和雾状物，更多的恒星和可能的星系都清晰可见。
让我们放大一个区域，以强调所捕捉到的细节水平，从中心向左和向上：

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哈勃的图像约为2350万像素，未经压缩时为32MB 。韦伯的图像（处理后提供的）约为123MB和137MB 。这是约四倍的数据，但即使这样也不能说明全部问题。韦伯的规格要求它以哈勃25倍的吞吐量发回数据--不仅是更大的图像，而且是更多的图像......来自3000倍远的地方。
哈勃处于低地球轨道，距离地面约340英里。这意味着与它的通讯其实很简单--你的手机可以可靠地从更远的GPS卫星上获得信号，而对于NASA的科学家来说，在这么近的轨道上来回传递信息是小菜一碟。
另一方面，韦伯望远镜位于第二拉格朗日点，即L2 ，距离地球约100万英里，直接远离太阳。这是月球所能达到的距离的四倍，在某些方面是一个更困难的命题。下面是美国宇航局的一个动画，显示了这个轨道的样子。

幸运的是，这种类型的通信远非史无前例；科学家们已经从更远的地方发送和接收了大量的数据。而且知道韦伯和地球在任何时候的确切位置，所以虽然这不是小事，但实际上只是为这项工作挑选合适的工具，并进行非常仔细的安排。
从一开始，韦伯号就被设计为在无线电波的Ka波段上传输，在25.9千兆赫的范围内，远远超出了其他卫星通信所使用的范围。(例如，星链也使用Ka波段，以及其他围绕该区域的波段）。