NASA罗曼太空望远镜计划再发现10万颗系外行星

美国宇航局（NASA）表示，计划中的“南希·格蕾丝·罗曼”太空望远镜有望在现有基础上再发现约10万颗系外行星，从而改写人类对银河系行星分布和演化的认识。 目前借助NASA及其他观测项目，人类已确认的系外行星接近6300颗，而“罗曼”望远镜将在此前鲜有覆盖的银河系区域开展大规模巡天，显著扩展这一“星际行星名录”。

科研团队指出，过去的大部分系外行星发现都集中在距离地球几千光年内、银河系“本地邻域”的恒星附近，而“罗曼”将把目光投向更远处，重点观测银河系中央致密的“核球区”，并一直延伸至银河盘远侧的外缘区域。 负责罗曼任务系外行星凌星观测筹备工作的NASA戈达德太空飞行中心研究员Elisa Quintana表示，“银河系内部存在多样化的环境，但真正被系统探索过的只有我们所在的这一小片区域”，“罗曼”将首次在跨越多个“银河生态位”的尺度上，系统比较不同环境中的行星形成与分布差异。

根据任务方案，“罗曼”将通过持续监测数以百万计恒星的亮度变化来寻找行星线索。 其中，一部分观测基于“凌星法”——当行星从母星前方掠过时，会导致恒星亮度出现极微弱的短暂下降；另一部分则依赖“引力微透镜”效应——前景恒星及其行星的引力会短时间放大更远处背景恒星的光芒，使其看上去变亮。 两种方法对不同类型行星的敏感度各不相同，将形成互补：凌星法尤其擅长发现体积大、温度高、周期短的近轨道行星，而微透镜技术则更适合寻找轨道更远、结构更接近太阳系类行星体系的目标，并可探测小至类地行星甚至更小的天体。

任务团队预计，仅靠凌星法，“罗曼”就有望发现约10万颗行星；而微透镜观测则有望额外找到逾千颗新世界，包括位于恒星宜居带内或更远区域的行星。 这些远离母星、气温更低的世界，通过其他方法几乎难以探测，因此目前仍是太阳系之外最“空白”的行星类型之一。 通过同步开展凌星与微透镜两大巡天，“罗曼”有望在银河尺度上勾勒行星形成和演化的整体图景，其中也包括可能与太阳系起源环境相似的区域。

科学界普遍认为，银河系不同区域的化学环境差异可能对行星形成产生深远影响。 研究显示，位于银河外盘的恒星通常含有较少的重元素，而银河中心核球区的恒星往往更古老，且富含硅、氧、镁等“造星造星体”元素。 天文学家将氢和氦以外的元素统称为“重元素”，这些元素在恒星内部逐代合成并通过超新星爆炸等过程释放到星际空间，逐步丰富后续形成的恒星与行星系统。 有研究已经证实：重元素含量越高的恒星，其周围出现行星的概率越大，尤其是巨行星更为常见。 因此，“罗曼”若能在银河不同区域系统比对恒星化学成分与行星丰度之间的关系，将有助于回答一个关键问题——类似太阳系的行星系统在银河中究竟是普遍存在，还是相对罕见。

从银河结构看，太阳目前位于距离银河中心约2.7万光年的位置，处于一条旋臂外侧中部。 科学家推测，太阳系诞生时可能比现在更靠近银河中心，约近1万光年，随后在漫长的演化过程中逐步向外迁移至今天的轨道位置。 这一迁移轨迹的重要证据之一就来自太阳的化学组成：它所呈现的重元素丰度更接近内盘恒星，而非更为贫乏的外盘恒星。 “罗曼”通过观测更大样本的恒星及行星体系，将为类似的“轨道迁移”假说提供更多统计依据。

除发现行星外，“罗曼”还有望在行星大气和“外星天气”研究方面提供前所未有的广域数据。 研究人员预计，该望远镜不会像詹姆斯·韦布太空望远镜那样对单个行星的大气进行深入光谱解析，而是通过对数以千计凌星行星的红外辐射和亮度变化进行统计，描绘一个横跨多种行星类型的“大气与气候数据库”。 其红外观测能力对“热木星”尤为敏感——这类行星体积与木星相近，直径约为地球的11倍，但轨道极近、周期仅几天，表面温度极高，因而会在红外波段发出明显辐射。 当热木星掩星或从恒星背后穿过时，系统总亮度将出现一次主凌和一次更小的“次凌”光变，通过分析次凌深度以及行星在轨道上不同位置的亮度变化，科学家可以反推出行星昼夜两侧温差、最热区域相对行星中心线的偏移等信息，从而推断其大气环流与热量输运特征。

在数据处理方面，“罗曼”团队已提前着手模拟观测和算法训练。 研究人员正在构建合成数据、植入模拟行星信号，并利用机器学习等方法训练自动筛选程序，以甄别凌星与微透镜事件中的真实信号与伪阳性结果。 这些前期准备旨在确保望远镜一旦投入科学运行，在海量数据涌入之初就能迅速开展可靠的行星搜索和统计分析。 值得注意的是，“罗曼”采集的全部数据将向全球公开，专业天文学家和公众天文爱好者都可以参与新行星的发现与研究。

NASA科学家普遍预期，“罗曼”在系外行星领域的影响力将可比肩甚至超越十多年前的“开普勒”太空望远镜。 当年，“开普勒”通过对约10万颗恒星的长时间、高精度监测，首次以统计学方式证明了“行星比恒星更常见”，彻底改变了人类对银河系行星总体分布的认识。 而“罗曼”的银河核球时域巡天计划将观测约一亿颗恒星，覆盖大量此前几乎未被系统搜索过的区域，有望形成一个基础性的大样本数据集，为未来数十年的系外行星与银河演化研究奠定基准。 正如参与任务筹备的NASA戈达德天文学家Jorge Martínez-Palomera所言，这一巡天将“再次重塑我们对其他世界以及人类在宇宙中位置的理解”。