罗曼望远镜踏上宇宙探秘征程

来源：科技日报

科技日报记者 张佳欣

过去几十年，哈勃、韦布等空间望远镜不断刷新人类观测宇宙的边界。20世纪90年代，哈勃空间望远镜升空，让人类获得了大量宇宙深空图像。2021年发射的詹姆斯·韦布空间望远镜，则将红外观测能力进一步延伸，使科学家得以研究更加遥远、更加古老的宇宙。

如今，又一台重要的空间望远镜加入这场深空探索。

8月30日，美国国家航空航天局（NASA）南希·格雷斯·罗曼空间望远镜（以下简称“罗曼望远镜”）搭乘太空探索技术公司（SpaceX）“猎鹰”重型火箭发射升空。按照计划，未来至少5年，它将在距离地球约150万公里的日地第二拉格朗日点开展观测，预计获取超过10亿个星系的观测数据，并寻找暗物质和暗能量这两大宇宙谜题的线索。

NASA科学任务局副局长尼基·福克斯在发射前表示：“宇宙由什么构成？我们是否孤独地存在于宇宙中？它将帮助回答人类面临的这两个最重要的问题。”

拍摄更宽宇宙

罗曼望远镜的身世颇为特殊，甚至曾被称为“间谍望远镜”。据美国太空网报道，罗曼望远镜所使用的光学系统源自美国国家侦察局此前为侦察卫星研制的设备。2012年，美国国家侦察局将两套相关光学系统移交给NASA，其中一套经过重新设计和改造，最终成为罗曼望远镜的重要基础。

罗曼望远镜主镜口径约2.4米，与哈勃望远镜相同，分辨率也与哈勃望远镜相当。但它的诀窍并不是看得更深，而是看得更宽。

据NASA介绍，罗曼望远镜的视场至少是哈勃望远镜的100倍，巡天速度最高可达哈勃望远镜的1000倍。其宽视场仪器拥有近3亿像素红外相机，由18个探测器组成，能快速转向不同天区并稳定成像。

这种能力究竟有多强？科学家表示，世界上没有什么屏幕能大到完整显示罗曼望远镜拍摄的一张照片。打个比方来说，如果用4K画质显示一张完整图像，相当于需要50万台4K电视机并排呈现。

罗曼望远镜计划覆盖超过5000平方度的天空，接近整个天空的12%。预计仅用一年半左右的时间，就能获得超过10亿个星系的观测数据，每年预计将产生约500TB科学数据。

给宇宙“做体检”

如此庞大的星系样本，将成为研究暗物质和暗能量的重要工具。

暗物质约占宇宙全部物质的85%。它不发光，无法被直接观测，会通过引力影响星系和其他天体的运动。暗能量则与宇宙加速膨胀有关。两者虽然无法直接“看见”，却会在宇宙中留下痕迹。

其中，一项重要方法是弱引力透镜。遥远星系发出的光在抵达地球的途中，会受到暗物质等物质引力的影响，光线发生极其细微的偏折，背景星系的形状也会随之产生变化。

单独看一个星系，这种变化很难察觉。但把数以百万计的星系放在一起比较，科学家就能根据这些微小形变反推出暗物质的分布，描绘出肉眼无法直接看到的宇宙大尺度结构。

这有点像给宇宙做一次体检。医生需要综合血压、心率等多个指标判断身体状况，研究宇宙也不能只盯着一个星系或一种现象。罗曼望远镜一次观测数以亿计星系的能力，将为科学家提供一个前所未有的宇宙“大样本”。

罗曼望远镜还将寻找大量超新星，利用它们测量宇宙在不同历史时期的膨胀速度，追踪暗能量随时间的变化。近年来，一些宇宙学观测结果与现有理论模型之间出现差异，罗曼望远镜将提供规模更大、精度更高的数据，帮助科学家判断这些差异究竟源于测量误差，还是现有理论需要进一步完善。

寻找系外行星

罗曼望远镜的另一项重要任务，是寻找系外行星。

NASA预计，罗曼望远镜有望发现约10万颗系外行星，而人类目前确认的系外行星数量有6000多颗。

罗曼望远镜将利用引力微透镜寻找系外行星。这种方法尤其适合寻找距离母星较远的行星。罗曼望远镜甚至有望发现比水星还小的行星，以及不围绕任何恒星运行的“流浪行星”。

罗曼望远镜还将利用日冕仪验证直接成像技术。日冕仪可利用遮光板等组件抑制母恒星的强光，从中寻找附近微弱的行星和尘埃盘。罗曼日冕仪有望探测到亮度仅为母恒星1/109的行星，其性能预计比现有空间日冕仪提高100至1000倍。

罗曼望远镜相关技术经验将为未来“宜居世界天文台”等下一代空间望远镜提供参考，帮助科学家进一步寻找类地行星及其可能存在的生命迹象。

期待意外发现

西班牙《国家报》报道称，尽管罗曼望远镜有明确的科学目标，但科学家真正期待的，可能并不完全写在任务清单上。

今年，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室研究人员发表的一项研究指出，凭借极高的观测精度，罗曼望远镜有望帮助探测并测量孤立中子星的质量。这类研究并非望远镜最初设计的主要目标，却展示了大规模巡天可能带来的额外价值。

罗曼望远镜预计需要约3个月抵达日地第二拉格朗日点。完成系统测试后，它将开始正式科学观测。观测数据或许能帮助科学家进一步认识暗物质和暗能量，也可能带来任务启动前无人预料的新发现。毕竟，当人类第一次以这样的规模观察宇宙时，最值得期待的答案，有时恰恰藏在那些此前从未被看见的地方。