NASA新发射的罗曼太空望远镜将“直接”拍摄系外行星图像：新技术解读

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原作：Monisha Ravisetti

翻译：陈浩

校对：王婧彧、申振宇

审阅：李宜骅

编排：李远哲

后台：李子琦

https://www.space.com/astronomy/exoplanets/nasas-newly-launched-roman-space-telescope-will-directly-image-exoplanets-but-what-does-that-mean

“当你仰望夜空时，那些星星中，大多数都拥有自己的行星。”

（图片来源：NASA戈达德太空飞行中心）

今年8月30日，名为“南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜”的新型天文望远镜正式投入使用，它配备了一台能够直接拍摄系外行星的高科技仪器——星冕仪。

简单来说，星冕仪是一种可安装在望远镜上的装置，它能遮挡住望远镜所观测恒星的光芒，从而研究该恒星周围的特征。如果没有这样的装置，恒星的光芒就会太过耀眼，以至于掩盖了其周围的诸多细节。你可以将星冕仪想象成一种重现日全食的方法，不过取代月亮遮挡太阳的是一种人造的“面罩”，以实现对恒星光芒的遮挡。

尽管星冕仪此前已被使用过多次，但此次刚向太空发射的这台仪器却是史无前例的。罗曼太空望远镜搭载了人类有史以来送入太空最先进的星冕仪，”该望远镜的项目科学家多米尼克·本福德表示。

如果你还记得美国宇航局“旅行者1号”探测器在距离太阳大约60亿公里处拍摄到的那张令人震撼的名为“暗淡蓝点”的地球照片，那么现在，科学家们期望通过罗曼望远镜的星冕仪也能看到类似的景象。一幅由众多“淡褐色小点”组成的画面，很快将会让我们感受到自身存在的渺小。

“我喜欢那种渺小的感觉，这让我们意识到人类在宇宙中并不孤独，”罗曼望远镜星冕仪仪器科学家瓦妮莎·拜利说。

1990年，“旅行者1号”拍摄到的地球，宛如一颗“暗淡蓝点”。

（图片来源：NASA/JPL-Caltech）

星冕仪如何工作？

星冕仪其实并非新鲜事物，它曾经常用来研究我们的太阳，称为‘日冕仪’。

例如，美国宇航局的PUNCH任务——全称为“日冕与日球层统一偏振仪”——于2025年发射，由四艘航天器组成，其中一艘搭载了日冕仪。该日冕仪通过遮挡太阳光，从而揭示太阳外层大气（即日冕）中那些纤细的丝状结构。

“事实上早在100多年前，天文学家就曾利用日冕仪制造人造日食来研究太阳日冕，”拜利在8月29日的新闻发布会上说道，此时距离罗曼望远镜飞向太空仅剩一天，“这就是它得名的原因。”

美国宇航局的太阳与日球层探测器（SOHO）利用星冕仪持续观测太阳日冕的外层区域，该仪器可以遮挡住明亮的太阳圆盘。

（图片来源：ESA/NASA/SOHO）

但对于其它恒星而言，星冕仪还有另一项用途。它可以通过遮挡住恒星光芒，让围绕该恒星运转的行星进入观测视野。

“我们可以遮挡住恒星光芒，剩下的光只占有恒星光强的十亿分之几，”本福德在谈到罗曼望远镜星冕仪时说，他还进一步解释到，“因此，我们可以‘直接’观测到从恒星周围类木星体上反射过来的光，这是我们以前从未做到的。”

这一过程很有可能将会让我们看到那些“淡褐色小点”，而且更进一步来说，科学家还能够分析从这些假想的类木行星上反射出来的光线，从而揭示该行星的大气状况。

确切来说，罗曼望远镜并不是我们仅有的利用星冕仪观测太阳系外天体的天文望远镜。实际上，詹姆斯·韦伯太空望远镜和哈勃太空望远镜也都配备了自己的星冕仪。然而，罗曼望远镜的星冕仪要更为复杂。

第一个独特之处是，罗曼望远镜的星冕仪并不像标准星冕仪那样直接“遮挡”星光。在制造这个人为日食的‘月亮’时，它组合使用特制图案圆盘和特殊滤光片，使其与目标恒星的光线产生相消性干涉现象，相消性干涉意味着发射光波之间彼此竞争并相互抵消，从而导致总振幅为零。其效果是，这能根据需要屏蔽恒星光，仅允许来自目标行星的反射光射入星冕仪并从其镜面上反射。

这幅图展示了星冕仪圆盘图案的可能形态。

（图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心）

首台“主动式”星冕仪

罗曼望远镜星冕仪的第二个独特之处：它是首台进入太空的“主动式”星冕仪。

“主动式”的意思是它可以实时调整这些镜片，用以确保对系外行星的观测成像尽可能清晰。这一点非常重要，因为当光线从星冕仪的镜片上反射时，有可能会产生微小畸变，从而扰乱精细的相消性干涉的‘舞步’。这就需要通过微调来恢复平衡，这些微调功能的实现方式是，在罗曼望远镜星冕仪的镜片上集成嵌入了数百个微型致动器，因此镜面具有可变形性，通过改变镜面形状可以补偿反射畸变。

如果一切工作正常，这款星冕仪有可能探测到极其暗淡的系外行星（其亮度仅为母星亮度的亿分之一）。

“这些可变形镜片是一项确实的工艺工程，”拜利在新闻发布会上说道，“它们可以被精确操控，接近到原子级别的精度，这正是我们实现这一突破性性能的关键。”

科学家正在研究罗曼太空望远镜的星冕仪。

（图片来源：NASA/JPL-Caltech）

至于对罗曼望远镜星冕仪的具体期望，拜利解释说，研究团队特别希望观察几个太阳系附近的恒星系统，因为有迹象表明，这些系统中存在尚未被成像的类木行星，她继续说道，“或许我们感兴趣的是，那里可能存在行星形成过程中留下来的尘埃和碎片残余。”也许这些尘埃就存在于罗曼望远镜观测到的恒星的宜居带中，这可能会让我们更深入地了解地球的诞生。

“这本身就是很有趣的，而且作为‘宜居世界观测台’（HWO）的先行者也很有意义，”拜利说道，她指的是美国宇航局的下一个重大项目——该项目将配备比罗曼望远镜星冕仪更加先进的仪器版本。“我们可以研究这些邻近星系的尘埃含量，并了解其中是否存在尘埃含量足够高的星系，那是将来有可能形成类地行星的我们需要观测的星系。”

这段动画演示了罗曼望远镜在太空中展开时的姿态

（图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心概念图像实验室）

虽然罗曼望远镜更多地专注于寻找类木行星，它们具有足够大的体积，以罗曼望远镜的现有能力就足以探测，但是HWO项目在未来的某天很有可能会发现另一个“地球”。

从6,000颗系外行星到100,000颗

在结束本文之前，我们还是有必要提一下这台星冕仪（绰号：系外行星猎手）上的配套工具，最受关注的是广域视场观测仪（WFI），它能够一次性观测一大片的连续星空。美国宇航局科学任务局的副局长尼基·福克斯表示，得益于WFI与星冕仪之间的协同操作，罗曼望远镜将会极大地扩展我们的系外行星图鉴。星冕仪不会用作单独发现新的系外行星，而是会在WFI率先发现的系外行星当中进行更为深入的观测。

罗曼太空望远镜的广域视场观测仪（WFI）。

（图片来源：美国宇航局/克里斯·冈恩）

广域视场观测仪将会采用两项不同技术来扩充系外行星数据集。第一项技术就是所谓的‘凌星法’，也就是“开普勒”和“TESS”等知名项目所采用的方法。该方法通过观测从望远镜视角中看到的，当一颗可能存在的行星从恒星视表面掠过时，恒星视亮度变暗的现象。福克斯说，“如果多次观察到这一现象，就可以推断那是一颗行星，并根据观测结果可能推算出行星的半径及大小。”

第二项技术与引力透镜效应有关，它指的是太空中的大质量天体（因此具有引力效应）如何扭曲时空结构，从而使穿过此区域的光线路径受到改变的现象。人们脑海中浮现出的或许是庞大的星系团像绸缎面一般扭曲时空的景象，然而像恒星和行星这样的小天体也能产生这种“微引力透镜”效应，当较小天体扭曲时空时会导致背景天体的亮度增强。

福克斯简要总结了WFI的这两项技术：“如果观察到亮度略有下降，可能表明存在一颗凌日行星；如果观察到亮度略有增强，则可能表明存在一颗具有微引力透镜的行星。”

对于WFI，微引力透镜技术将有可能探测到位于恒星宜居带内的与地球大小一般的行星，而凌日法则更擅长探测距离恒星较近的行星。正如拜利所提醒的，有海量的系外行星可供罗曼望远镜进行观测：“当你仰望夜空中的繁星时，它们大多数都拥有自己的行星。”

截至目前，我们只发现了大约6,000颗系外行星。福克斯相信，这台新的空间望远镜有望让人类揭开100,000颗以上的系外行星面纱。

责任编辑：杨宜修

牧夫新媒体编辑部

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微信公众号：astronomycn

美国宇航局的罗曼太空空间望远镜搭载SpaceX猎鹰重型火箭正从太阳表面掠过，该火箭在2026年8月30日从佛罗里达州美国宇航局肯尼迪航天中心39A发射台升空。

（图片来源：Space.com / Josh Dinner）

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