NASA的「超广角」太空望远镜上天了，5年要扫描10亿个星系
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（来源：爱范儿）
北京时间 8 月 30 日 19 时 26 分，一枚猎鹰重型火箭从佛罗里达州肯尼迪航天中心 39A 发射台升空。
由它送上太空的，是 NASA 自韦布空间望远镜后最重要的新一代旗舰太空天文台——南希·格蕾丝·罗曼空间望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope）。
接下来三个月，它将飞向距离地球约 150 万公里的日地第二拉格朗日点（L2），与已经在这工作了四年多的韦布望远镜成为彼此遥望的「同事」。
和主镜达到 6.5 米、能看见更暗、更远天体的韦布望远镜不同，罗曼望远镜的主镜口径和灵敏度实际上更接近老前辈哈勃望远镜。
只不过，它以接近哈勃的灵敏度，将视野扩展到了哈勃的百倍之广。
发射前，罗曼项目高级科学家 Julie McEnery 已经用几个数字概括了它的宏愿：
如果说从前的空间望远镜是「从钥匙孔里看宇宙」，那罗曼要做的，就是依靠大视野做一场大规模「星口普查」。
一次看见百倍天空
罗曼的主镜直径为 2.4 米，和 1990 年升空的哈勃几乎完全相同，两台望远镜的红外灵敏度也比较接近。
但在主镜后面，罗曼装上了只属于这个时代的「超大底」。
它的主相机名为「宽视场仪器」（WFI），传感器部分把 18 块 H4RG-10 红外探测器排成了 6×3 的弧形阵列，每块探测器拥有约 1680 万个像素、面积接近普通全画幅传感器的两倍。
拼在一起，有效感光面积相当于并排放下约 35 块全画幅传感器，总计超过 3 亿个物理像素。
「大底」之外，还有「超广角镜头」。
罗曼的光学系统采用三块曲面镜组成的「三镜消像散」结构，把有效焦距压缩到哈勃的大约三分之一，同时校正大视场边缘容易出现的像差，由此创造出一片宽广得多、但边缘仍然清晰的像场。
两套系统配合的结果是，罗曼的有效视野可以达到哈勃的 100 倍。
同样面对一片深空，哈勃需要分别对焦每个区域，再将拍摄结果像拼图一样拼接起来；而罗曼可以一镜直出、一次成像，将广阔空间尽收眼底。
用哈勃那张著名的「创生之柱」照片来对比，就能直观地看出两台望远镜的视场差异（中间小方块为哈勃视野）：
超大视野决定了，罗曼能以最高相当于哈勃约 1000 倍的速度巡天（扫描天空）。
NASA 预计，罗曼望远镜最初五年拍下的天空面积，能达到哈勃前三十年累计总和的 50 倍。
除了巡天的「主业」，罗曼还捎上了一台日冕仪。它会利用遮罩、可变形反射镜和传感器压低恒星的强光，尝试直接拍摄到被恒星光芒掩蔽的暗淡行星。
这仍是一项技术验证，却可能为未来直接寻找类地行星的望远镜铺路。
为宇宙描画地图
罗曼望远镜得名于 NASA 第一位首席天文学家。
上世纪六七十年代，正是南希·格蕾丝·罗曼推动 NASA 建立太空天文观测计划、争取经费、组织科学家，也为后来改变人类宇宙观的哈勃望远镜打下了基础。
2020 年，NASA 以她的名字命名了这台筹备多年的新望远镜。
半个世纪前，她说服人们把望远镜送到大气之外；半个世纪后，一台空间望远镜带着她的名字升空。
这是独属于太空时代的浪漫。
一如名字的传承，哈勃、韦布和罗曼几代空间望远镜之间也存在一种传承关系。但工程师没有让后来者完全替代先行者，而是在功能上做了微妙的区分：
哈勃可以从紫外线一路看到近红外波段；韦布拥有硕大无朋的主镜，能看见更暗、更远、更古老的天体；罗曼则舍弃了紫外和中红外波段，将资源置换为巨大视场和巡天速度。
在实际运行中，几台望远镜原则上可以分工合作——
罗曼先巡视大片天空，发现罕见星系、爆发中的恒星和此前未知的行星；随后，哈勃和韦布再把镜头对准其中最值得追踪的目标，辨认它们的结构、成分与来历。
反过来说，罗曼也能把哈勃、韦布看到的一小片深空，放回到更大的宇宙环境中观察。
根据罗曼望远镜的巡天计划，它将会朝着银河系尘埃较少的方向观测超过 10 亿个星系，但真正的重点是暗物质——
暗物质本身不会发光也无法直接观察，但它的引力会使得遥远星系的图像产生极其细微的扭曲。罗曼望远镜可以从数亿个星系的「变形」中，重建出暗物质的宇宙中的分布，并推测出暗能量如何影响宇宙。
另一项任务，则是长时间盯着银河系中心最拥挤的区域反复拍摄。
当两颗恒星前后排成一线时，前景恒星的引力会把后方恒星的光扭曲，而如果前景恒星旁边还有行星，行星引力就会在光变曲线中留下一道短促的异常痕迹。
这种方法，让罗曼有机会找到质量小于火星的小型行星，甚至是那些没有围绕任何恒星运行的「流浪行星」。
这是一场面向天体的「普查」，也让我们有机会统计银河系里各种行星如何分布，了解类地行星和太阳系这样的结构是否常见、恒星之间又漂浮着多少失去了「太阳」的游荡行星。
更大众的天文学
大视野首先带来更高效率，同时也改变了天文学发现的方式。
哈勃和韦布的大部分观测从一个明确问题开始：科学家先挑选目标，再申请宝贵的望远镜时间。但罗曼的巡天则会先把大片天空忠实记录下来，让来自不同领域的研究者在同一批数据中寻找答案。
罗曼每天预计传回约 1.4TB 数据，是迄今 NASA 天体物理任务中单位时间传输最多数据的设备。
更值得一提的是，这些资料经过处理后将立即公开，不设专有期。也就是说，全球研究者都有机会参与筛选潜藏其中的特殊信号。
所以，它最重要的发现很可能根本不在一开始的任务清单上。
这就是大视野和大数据量的魅力。可以肯定，罗曼望远镜一定会改变人类对宇宙的了解。但可能连 NASA 的科学家也不会知道，真正的发现藏在何处。
如果接下来的航程和校准一切顺利，NASA 预计在 2027 年初，就会公布罗曼的首批图像。随着科学观测展开，各级观测数据也会陆续进入米库尔斯基太空望远镜档案库（MAST），。
我们曾无数次仰望太空，而这一次，人类终于有了一双足够宽广的眼睛。
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