罗曼太空望远镜的日冕仪将有助于增加天文学研究中直接成像的遥远行星的种类

美国国家航空航天局（NASA）南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope）上的罗曼日冕仪（Roman Coronagraph Instrument）将通过测试阻挡星光的新工具，揭示被母星强光掩盖的行星，从而为寻找太阳系外的宜居世界铺平道路。

罗曼号任务的日冕仪旨在展示日益先进的技术的威力。当它直接捕捉来自大型气态系外行星以及其他恒星周围的尘埃和气体盘的光线时，它将为未来指明方向：与地球大小相当的岩质行星的单像素"图像"。然后，光线可以扩散成彩虹光谱，揭示行星大气中存在的气体--可能是氧气、甲烷、二氧化碳，甚至可能是生命迹象。资料来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心

该技术演示最近从美国国家航空航天局位于南加州的喷气推进实验室（JPL）运往该局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心，在那里与太空观测站的其他部分一起准备于 2027 年 5 月发射。

在进行跨国旅行之前，罗曼日冕仪对其阻挡星光的能力进行了最全面的测试--工程师称之为"挖暗洞"。在太空中，这一过程将使天文学家能够直接观测其他恒星周围行星或系外行星的光线。一旦在"罗曼号"上得到验证，未来任务中的类似技术就能让天文学家利用这些光线来识别系外行星大气中的化学物质，包括那些可能预示着生命存在的化学物质。

美国宇航局南希-格蕾丝-罗曼太空望远镜上的罗曼日冕仪将提高科学家直接为其他恒星周围的行星成像的能力。作为有史以来在太空中飞行的最强大的日冕仪，它将展示未来任务可能使用的新技术，如美国宇航局提议的宜居世界观测站。资料来源：NASA/JPL-Caltech/GSFC

在暗洞测试中，研究小组将日冕仪放置在一个密封舱中，以模拟太空中寒冷、黑暗的真空环境。他们利用激光和特殊光学仪器，复制了一颗恒星发出的光，就像罗马望远镜观测到的那样。当光线到达日冕仪时，仪器会使用被称为遮罩的小圆形遮挡物来有效遮挡恒星，就像汽车遮阳板遮挡太阳或日全食时月亮遮挡太阳一样。这使得恒星附近较暗的物体更容易被看到。

带面罩的日冕仪已经在太空中飞行，但它们无法探测到类似地球的系外行星。从另一个恒星系统中看，我们的母星会比太阳暗大约 100 亿倍，而且两者距离相对较近。因此，试图直接拍摄地球的图像，就好比试图从 3000 英里（约 5000 公里）外看到灯塔旁的一粒生物发光藻类。使用以前的日冕仪技术，即使是遮蔽恒星的眩光也会淹没类地行星。

5 月 17 日，在 JPL，Roman Coronagraph 仪器小组的成员用起重机吊起了仪器存放的运输集装箱的上半部分，以便运往 NASA 的戈达德太空飞行中心。图片来源：NASA/JPL-Caltech

罗曼日冕仪将展示一些技术，这些技术通过使用几个可移动部件，能够比以往的空间日冕仪去除更多不必要的星光。这些活动部件将使它成为第一个在太空中飞行的"主动"日冕仪。它的主要工具是两面可变形的镜子，每面镜子的直径只有 2 英寸（5 厘米），由 2000 多个可上下移动的微小活塞支撑。这些活塞共同作用，改变可变形反射镜的形状，从而对罩边缘溢出的不需要的杂散光进行补偿。

罗曼日冕仪是如何工作的？这段视频展示了它如何去除多余的星光，以揭示其他恒星周围的行星。资料来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心

可变形反射镜还有助于修正罗曼望远镜其他光学系统的缺陷。虽然这些缺陷很小，不会影响罗曼望远镜的其他高精度测量，但它们会将杂散的星光送入暗洞。对每个可变形镜片的形状进行肉眼无法察觉的精确改变，可以弥补这些缺陷。

JPL罗曼日冕仪项目副经理赵峰说："瑕疵非常小，影响也很小，我们不得不进行100多次迭代，才能把它做对。这有点像你去看验光师，他们会给你戴上不同的镜片，然后问你'这个更好吗？这个怎么样？'而日冕仪的表现比我们预想的还要好"。

在测试过程中，日冕仪相机的读数显示，中心恒星周围有一个甜甜圈状的区域，随着研究小组将更多的星光引离中心恒星，这个区域会慢慢变暗，因此被称为"挖黑洞"。在太空中，当仪器利用其可变形的镜子工作时，潜伏在这个黑暗区域的系外行星就会慢慢显现出来。

这幅图显示的是对罗曼日冕仪的测试，工程师称之为"挖黑洞"。左图是只使用固定部件时星光漏入视场的情况。中间和右边的图像显示，当仪器的可移动部件工作时，更多的星光被移走。图片来源：NASA/JPL-Caltech

在过去的 30 年里，天文学家已经发现并确认了5000 多颗围绕其他恒星的行星，但大多数都是间接探测到的，这意味着它们的存在是根据它们如何影响母恒星来推断的。探测母恒星的这些相对变化要比看到暗得多的行星信号容易得多。事实上，只有不到 70 颗系外行星被直接成像。

迄今为止已经直接成像的行星都不像地球：它们大多更大、更热，通常离恒星更远。这些特点使它们更容易被探测到，但也不那么适合我们所知的生命。

为了寻找潜在的宜居世界，科学家们需要对行星进行成像，这些行星不仅比恒星暗数十亿倍，而且要以适当的距离围绕恒星运行，这样行星表面才能存在液态水--这是地球上发现的生命的前身。

要开发直接拍摄类地行星图像的能力，还需要像罗曼摄谱仪这样的中间步骤。它的最大能力可以为太阳这样的恒星周围的一颗类似木星的系外行星成像：这是一颗大而冷的行星，位于恒星宜居带之外。

5 月 17 日，JPL 的团队成员在将仪器运往 NASA 戈达德太空飞行中心的集装箱外面的一面旗帜（上面有任务标志）上签下了自己的名字，以此向 Roman Coronagraph 仪器道别。图片来源：NASA/JPL-Caltech

美国国家航空航天局（NASA）从罗曼日冕仪中学到的知识将有助于为未来的飞行任务开辟一条道路，这些飞行任务旨在直接为在类太阳恒星的宜居带中运行的地球大小的行星成像。关于未来望远镜的构想被称为"宜居世界天文台"（Habitable Worlds Observatory），其目标是利用一台仪器对至少25颗与地球类似的行星进行成像，这台仪器将以罗曼摄谱仪在太空中的演示为基础。

JPL的伊利亚-波贝雷茨基（Ilya Poberezhskiy）是罗曼日冕仪的项目系统工程师，他说："要想实现宜居世界天文台这样的任务目标，像可变形反射镜这样的主动组件是必不可少的。罗曼日冕仪的主动性让你可以把普通光学系统提升到一个不同的层次。它使整个系统变得更加复杂，但如果没有它，我们就无法完成这些不可思议的事情。"

编译来源：ScitechDaily