NASA罗曼太空望远镜即将对宇宙进行全景式观测
NASA罗曼太空望远镜即将对宇宙进行全景式观测
其观测范围是哈勃望远镜的100倍，将寻找遥远世界和暗能量的线索
近年来，天文学已发展成为一门大数据科学，巡天望远镜一次观测就能捕捉数千个天体。最早于8月30日，美国国家航空航天局（NASA）将发射耗资43亿美元的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜（以下简称罗曼望远镜）。罗曼望远镜不仅拥有哈勃空间望远镜的清晰视力，其视场还扩大了100倍，将快速进行巡天观测，以解答天文学中的一些重大问题——从暗能量的本质到其他恒星周围行星的分布情况。
罗曼望远镜的2.4米主镜拥有哈勃望远镜的清晰度，观测的天区范围是哈勃望远镜的100倍。图片来源：NASA
在NASA的詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）投用5年后发射，这台2.4米口径的望远镜将将发现大量引人入胜的天体目标，供JWST日后进行详细观测。美国加州大学圣克鲁兹分校的天体物理学家Garth Illingworth表示：“罗曼望远镜将产出‘精彩的科学成果，并为JWST提供宝贵的输入’。”
在其前5年的运行中，大部分时间将用于开展3项大型巡天观测：第一项聚焦超新星，第二项聚焦宇宙学，第三项则聚焦系外行星。前两个项目旨在揭示暗能量的奥秘，暗能量是推动宇宙加速膨胀的神秘力量。
第一项观测将通过探测数以万计的遥远超新星来帮助天文学家跟进这些线索。超新星能提供可靠的距离测量数据——这是衡量宇宙随时间膨胀的关键。目前的测量仅依赖不到2000颗距银河系较近的超新星。“这是一个巨大的飞跃。”该超新星巡天项目联合负责人、马里兰大学巴尔的摩分校的Rebekah Hounsell说。
更多线索将来自宇宙学巡天项目，该项目将绘制超过10亿个星系的分布图，以探究暗能量在宇宙演化过程中对星系成团的影响。该项目还将测量星系形状因暗物质引力作用而产生的细微变化。暗物质是一种看不见但构成宇宙大部分质量的宇宙成分。这些形状将揭示暗物质所在位置，而且由于暗物质同样对宇宙加速膨胀敏感，这将为研究暗能量提供新的抓手。
结合另外两台巡天望远镜——欧几里得轨道望远镜和薇拉·鲁宾天文台的数据，这些测量结果应能为暗能量提供迄今最精确的约束条件。“这是一个相当难测量的信号。”宇宙学巡天项目负责人、NASA喷气推进实验室（JPL）的Olivier Doré表示，“我们在观测分析方面确实正在挑战极限。”
探究暗能量需要数年的数据积累，相比之下，系外行星普查应该能更快产出结果。目前已知的约6000颗系外行星，大多数是在其凌星（即从宿主恒星前方经过，导致恒星光线暂时变暗）时被探测到的。预计罗曼望远镜任务将发现10万颗新的凌星系外行星。
为了寻找那些尚未被发现的行星，罗曼望远镜将连续数月凝视拥挤的银河系中心区域，监测1亿颗恒星，以捕捉由一种被称为“引力微透镜”效应引起的短暂变亮现象。当一颗前景恒星经过一颗遥远背景恒星前方时，较近恒星的引力如同透镜，会短暂放大较远恒星的光线。如果前景恒星拥有一颗行星，该行星也可以充当透镜，在增亮过程中产生特征性的双脉冲信号。“它能够测定那些无法通过其他方式测定的行星的分布情况。”领导微引力透镜观测项目的美国俄亥俄州立大学天文学家Scott Gaudi表示。
该天文台还将搭载一台实验性日冕仪，这是一种利用特殊形状的遮光板从而揭示行星光线的仪器。研究人员希通过罗曼望远镜先进的日冕仪——借助可畸变镜来校正光束不规则，并配备能对单个光子计数的超灵敏探测器，捕捉到来自更年老、更凉爽的木星大小的系外行星的反射光。“‘罗曼望远镜是我们第一次有机会观测到像木星这样成熟行星的反射光。”美国加州大学天文台主任、日冕仪团队成员 Bruce Macintosh什表示，这些图像甚至可能揭示云层的存在。
自2010年天体物理学界的一项调查建议NASA推进当时被称为宽场红外巡天望远镜的项目以来，任务本身已经发生了很大变化。2020年，该任务以NASA首任首席天文学家南希·格雷斯·罗曼的名字重新命名，此后基本按计划推进。
与其他现代巡天望远镜一样，罗曼望远镜的设计初衷是捕捉意料之外的现象。每当它再次观测同一片天空时，软件会自动搜寻任何发生变化的天体，并迅速向全球天文学家发出警报——这一机制与 薇拉·鲁宾天文台 的运作方式相似。“凭借其广阔的视场和深空观测能力，罗曼望远镜将大放异彩。”美国加州理工学院的Mansi Kasliwal 说。