NASA最新望远镜升空，数十亿个星系背后藏着什么秘密？

北京时间8月31日前后，NASA迎来了一个重要时刻。

当地时间8月30日清晨，一枚SpaceX“猎鹰重型”火箭从美国佛罗里达州肯尼迪航天中心39A发射台升空，将NASA最新一代大型空间望远镜“南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜”送入太空。

火箭升空几分钟后，两枚可重复使用的助推器分别返回着陆，随后罗曼望远镜与火箭上级分离。

任务成功。

这台耗资约43亿美元、体型接近一辆公交车的空间望远镜，也由此正式踏上了自己的科学旅程。

它不会马上开始观测。

接下来三个多月，罗曼望远镜将一路飞向距离地球约160万公里的工作位置。那里也是詹姆斯·韦布空间望远镜所在的太阳—地球第二拉格朗日点附近。

等它真正开始工作后，天文学家可能会看到一个与过去完全不同的宇宙。

因为罗曼望远镜最大的本事，并不是“看得更远”。

而是：

一次看得更宽，而且快得惊人。

这可能听起来有些反直觉。

过去几十年，人类已经拥有哈勃空间望远镜。

后来又有了韦布空间望远镜。

现在再来一台罗曼，难道只是给望远镜家族添了一个新成员？

并不是。

如果把哈勃比作一台非常优秀的长焦相机，韦布更像一台能够看见极其遥远、极其微弱目标的精密红外相机，那么罗曼的优势更接近于一台拥有巨大视野的“宇宙扫描仪”。

NASA给它配备了一台大视场红外相机。

它的灵敏度可以达到哈勃相近的水平，但视野要宽得多。

据任务团队估算，罗曼一次能够覆盖的天空范围超过哈勃100倍。

这意味着什么？

一个非常直观的例子是：

哈勃可能需要大约100年的时间，才能完成罗曼一个月左右的某些银河系观测工作。

罗曼真正想做的，并不是盯着一颗星看很久。

而是快速扫过大片天空，把其中大量以前没有被系统调查过的天体全部找出来。

然后再把那些值得研究的目标交给哈勃、韦布以及地面望远镜进一步观察。

所以，罗曼并不是来取代哈勃和韦布的。

它更像是负责给它们“找目标”。

NASA科学任务负责人Nicky Fox表示，罗曼望远镜预计能够发现数千颗超新星、数以万计的行星，以及数十亿个星系和数百亿颗恒星。

其中最让人兴奋的，可能是那些极其罕见的目标。

宇宙里真正有价值的东西，很多时候恰恰不是那些最常见的天体。

一颗异常恒星。

一个罕见星系。

一次特殊的超新星爆发。

一颗处在特殊轨道上的系外行星。

这些目标就像宇宙中的“针”。

过去的问题是，天空实在太大了。

你连“针”在哪里都不知道，又怎么研究它？

罗曼要解决的，就是先把整个“草堆”快速扫一遍。

项目高级科学家Julie McEnery对此有一个非常形象的说法：

罗曼将重新定义什么叫做“大海捞针”。

但寻找系外行星只是罗曼任务的一部分。

真正可能改变我们对宇宙认识的，是它对暗能量的研究。

今天我们知道，普通物质只占宇宙很小的一部分。

那些构成恒星、行星、气体云乃至我们身体的原子，并不是宇宙的全部。

还有暗物质。

还有暗能量。

其中暗能量尤其令人头疼。

我们知道宇宙正在加速膨胀，却不知道究竟是什么在推动这种加速。

所以天文学家需要尽可能精确地测量：

宇宙到底膨胀得有多快？

而且不是只测今天。

还要测几十亿年前。

再往前追溯。

只有把不同宇宙年代的膨胀速度拼在一起，科学家才有机会判断暗能量究竟是什么性质。

罗曼的巨大视野在这里就派上用场了。

它能够快速建立规模庞大的星系目录，通过大量宇宙结构数据研究宇宙膨胀历史。

这不是寻找某一种“暗能量粒子”。

而是观察暗能量对整个宇宙留下的影响。

如果未来的数据与目前的ΛCDM模型完全吻合，那么我们对宇宙的理解会得到进一步确认。

但如果出现系统性的偏差，事情就有意思了。

因为这可能意味着：

暗能量并没有我们想象的那么简单。

甚至有可能说明，我们现在描述宇宙膨胀的理论还不完整。

罗曼还有一个非常重要的任务：

寻找系外行星。

但它采用的方式与很多人熟悉的系外行星搜索方法有所不同。

传统方法往往是观察恒星亮度的微小变化。

如果一颗行星从恒星前方经过，它会挡住一部分星光，于是恒星会出现非常轻微的变暗。

这就是著名的凌星法。

罗曼还可以利用引力微透镜寻找行星。

当一颗前景恒星从我们和更遥远恒星之间经过时，它的引力会弯曲后方恒星发出的光。

如果前景恒星周围还有行星，这颗行星也可能在光变曲线上留下短暂的信号。

这种方法特别适合寻找距离恒星较远、质量较小的行星。

也就是说，罗曼有机会发现一些过去很难找到的世界。

而它发现这些行星之后，故事还没有结束。

真正负责“看清楚”的，可能是韦布。

这正是未来这些大型空间望远镜最有意思的协作方式。

罗曼负责：

“这里有一个奇怪的东西。”

韦布负责：

“让我看看它到底是什么。”

这种分工很重要。

因为一台望远镜不可能同时在所有方面做到极致。

罗曼拥有巨大的视野，适合进行大规模巡天。

韦布则拥有强大的红外观测能力，可以对特定目标进行更加深入的研究。

哈勃同样不会退出舞台。

这三台望远镜未来很可能形成一种互补关系。

与此同时，欧洲空间局的Euclid任务以及智利的维拉·C·鲁宾天文台也会加入进来。

它们将从不同波段、不同观测方式和不同尺度，对宇宙进行交叉测量。

最终得到的不是某一台望远镜的宇宙，而是一张越来越完整的宇宙地图。

而罗曼还有一个非常特别的设备。

它携带了一台实验性的日冕仪。

简单来说，就是想办法把恒星本身耀眼的光遮住。

这件事情听起来简单，实际却非常困难。

因为一颗恒星比它周围的行星亮太多了。

如果直接拍摄，行星发出的微弱光芒很容易被恒星的强光彻底淹没。

日冕仪相当于在镜头前制造一个“小日食”，把恒星遮住，然后尝试寻找旁边那些微弱的行星光。

如果技术验证成功，它将为未来直接拍摄系外行星提供非常重要的经验。

这也是罗曼任务的一项实验性质很强的内容。

当然，这台望远镜本身也有一段非常特别的历史。

它以南希·格蕾丝·罗曼的名字命名。

罗曼是NASA第一位首席天文学家，也是哈勃空间望远镜项目早期的重要推动者之一。

她在1959年加入刚刚成立不久的NASA，此后长期推动空间天文学的发展。

为什么要把望远镜送到太空？

因为地球大气层本身就是一道麻烦的屏障。

大气会吸收、散射和扭曲来自宇宙的光。

想真正看清遥远宇宙，就必须把望远镜送到大气层之上。

罗曼一直坚定支持这一方向。

后来，NASA的科学家Ed Weiler给她取了一个著名的称呼：

“哈勃之母”。

哈勃于1990年升空。

最初它的主镜存在严重缺陷，后来宇航员通过太空行走安装校正设备，才让这台望远镜恢复正常工作。

而有意思的是，罗曼望远镜的主镜直径与哈勃几乎一样，都是约2.4米。

更令人意外的是，这面镜子最初甚至不是NASA专门为罗曼制造的。

它来自美国国家侦察办公室。

十多年前，美国国家侦察办公室向NASA提供了两面原本用于间谍卫星的备用镜面，NASA随后将其中一面改造成了罗曼望远镜的主镜。

也就是说，曾经用于观察地球的技术，最终被改造成了观察宇宙的眼睛。

而现在，这只眼睛终于升空了。

按照计划，罗曼望远镜将在未来几年进行大规模宇宙巡天。

它可能发现数以万计的新世界，也可能找到数千次恒星爆炸留下的痕迹，更可能建立一个规模前所未有的宇宙星系数据库。

但真正让天文学家期待的，并不是这些数字本身。

而是那些现在还不知道存在的东西。

因为宇宙探索最有价值的发现，往往不是验证我们已经知道的答案。

而是发现：

原来我们连问题都问错了。

罗曼望远镜的任务，就是把天空迅速翻一遍。

看看那里究竟藏着什么。

也许是更多系外行星。

也许是新的超新星。

也许是我们从未见过的星系。

甚至可能是一些迫使物理学家重新修改宇宙学理论的异常现象。

如果哈勃让人类第一次真正看清宇宙的壮丽，韦布让我们看到了更加遥远、更加古老的宇宙，那么罗曼承担的任务可能更加“贪心”：

它要一次性看更多。

而当人类第一次拥有这样一张大规模、高精度的宇宙“全景图”时，我们或许才会真正知道，所谓的“暗宇宙”究竟藏着多少秘密。