NASA在11月25日宣布南希·格雷斯·罗曼太空望远镜在马里兰州戈达德航天飞行中心完成最终组装,这台造价43亿美元的红外巨眼最早可能在2026年秋季发射升空,比原定2027年5月的计划提前数月 。这个里程碑意义的时刻标志着天文学即将迎来又一次观测革命 。
罗曼望远镜配备视野比哈勃大一百倍的广域相机和技术先进的日冕仪,五年主任务期间预计将发现超过十万颗系外行星、数亿颗恒星和数十亿个星系,同时通过绘制宇宙大尺度结构来揭示暗能量的本质。这台以NASA首位天文学部门主管命名的望远镜承载着回答"我们是否孤独"这一终极问题的使命 。
在NASA位于马里兰州格林贝尔特的巨型洁净室内,工程师们完成了望远镜两个主要部分的合并工作 。仪器载荷模块包含了望远镜的科学核心,而航天器总线则提供电力 、通信和姿态控制等支持功能。整个天文台重达约4.2吨,在折叠状态下可以装入SpaceX猎鹰重型火箭的整流罩 。与詹姆斯·韦伯空间望远镜不同,罗曼不需要复杂的展开过程,这降低了发射后的风险 。
罗曼望远镜的核心是一面2.4米口径的主镜,这个尺寸与哈勃完全相同,事实上它来自美国国家侦察局捐赠的备用间谍卫星光学系统。但相似之处仅限于此 。哈勃的主相机视野仅为3.4角分,而罗曼的广域仪器拥有0.28平方度的视野,相当于哈勃的一百倍 。这意味着罗曼拍摄一张照片覆盖的天空面积,哈勃需要拍摄一百张才能达到。
南希·格雷斯·罗曼太空望远镜的艺术家想象图。 （NASA）
这台2.88亿像素的相机是有史以来送入太空的最大天文相机之一 。它包含18个探测器芯片,每个芯片有1600万像素,专门设计用于探测近红外波段的光线 。这个波长范围对于研究遥远星系至关重要,因为宇宙膨胀使它们的光线红移到了红外区域。同样的技术也能穿透尘埃云,观察恒星和行星的诞生区域 。
NASA副局长阿米特·克沙特里亚在完成仪式上表示,变革性科学依赖于严谨的工程,团队通过一项项测试交付了一个将拓展人类对宇宙理解的天文台 。这番话在太空项目频繁超支和延期的背景下显得格外有意义。哈勃原计划1980年代中期发射,实际到1990年才升空 。韦伯望远镜比原定时间晚了十多年,成本从最初预算的5亿美元膨胀到100亿美元 。
暗能量与宇宙命运
罗曼望远镜的首要科学目标是理解暗能量,这种神秘力量占据宇宙总能量的68%,驱动着宇宙加速膨胀。1998年两组天文学家通过观测遥远超新星发现宇宙膨胀在加速,这一震惊世界的发现为他们赢得了2011年诺贝尔物理学奖 。但二十多年后,暗能量的本质依然是物理学最大的谜团之一 。
为了揭示暗能量,罗曼将采用多种互补方法。弱引力透镜技术测量星系形状的微小扭曲,这些扭曲由前景物质的引力造成,能够绘制暗物质分布图 。星系团计数追踪大尺度结构随时间的演化,暗能量的强度直接影响结构形成速度 。重子声学振荡利用早期宇宙中物质分布的特征尺度作为标准尺,测量宇宙膨胀历史。Ia型超新星作为标准烛光,提供不同宇宙时代的距离测量。
这些方法都需要大面积巡天观测 。罗曼的高拉蒂tudinal巡天将覆盖两千平方度天区,深度达到26等,相当于看到一支在两千公里外点燃的蜡烛 。这个巨大数据集将包含数亿个星系的精确测量,为暗能量性质提供前所未有的约束。NASA科学任务局副局长尼基·福克斯说,宇宙膨胀加速是我们这个时代最大的谜团,罗曼就是为了发现答案而建造的 。
系外行星探测是罗曼的另一个核心任务 。虽然开普勒和TESS等任务已经确认了超过五千颗系外行星,但这些主要通过凌星法发现,只能找到轨道平面恰好经过视线方向的行星。罗曼将使用引力微透镜技术,当一颗恒星及其行星系统经过更遥远背景恒星前方时,它们的引力会放大背景星光,产生特征性的亮度变化曲线 。分析这些曲线可以探测到行星的存在和质量 。
微透镜方法对于发现远离恒星的行星特别有效,填补了其他技术留下的空白。它能探测到类似木星轨道位置的行星,甚至自由漂浮的流浪行星 。罗曼将持续监测银河系中心方向的密集恒星场,预计发现数千颗微透镜行星,建立第一个统计上完整的行星质量分布和轨道分布图 。这将回答行星系统的典型配置是什么,类似太阳系的结构是常见还是罕见。
直接成像与宜居性探索
NASA的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜在11月25日于马里兰州格林贝尔特的戈达德航天飞行中心整合完成后，已完全组装完成 。望远镜的太阳能电池板太阳盾（SASS）在这张图像中非常显眼 。（NASA/乔莱拉·奇特亚）
罗曼搭载的日冕仪代表了技术飞跃。这台仪器使用一系列精密设计的遮光片和可变形镜来抑制恒星光线,使得暗淡的行星变得可见。恒星和行星的亮度差异可达十亿倍,就像在探照灯旁边寻找萤火虫 。传统日冕仪使用固定光学元件,而罗曼的日冕仪采用主动控制,实时调整以补偿微小的光学不完美 。
这台技术演示仪器将观测数十个已知系外行星系统,对行星大气进行光谱分析。分解行星反射的星光,可以识别大气成分,寻找水蒸气 、甲烷、二氧化碳等分子的特征 。某些分子组合可能暗示生物活动,虽然罗曼本身不具备探测生物特征气体的灵敏度,但它将为未来的宜居性任务如正在规划中的宜居世界天文台铺平道路 。
喷气推进实验室的日冕仪项目经理赵冯表示,"我们是否孤独"是个重大问题,打造能够帮助回答这个问题的工具是艰巨任务。罗曼日冕仪将让人类更接近答案 。在像罗曼这样强大的天文台上测试这些硬件,是技术成熟的关键一步 。如果日冕仪表现良好,类似但更先进的仪器将装备未来专门寻找类地行星的任务。
罗曼的科学潜力远超其主要目标 。宽视场能力使它成为发现瞬变天体的利器,在五年任务中预计将捕获数万次超新星爆发,包括罕见的特殊类型 。这些观测将改进宇宙距离阶梯,提高哈勃常数测量精度。巡天数据中蕴含着无数星系的形态和光谱信息,天文学家将用数十年时间挖掘这个宝库,研究星系演化 、黑洞成长 、恒星形成历史等众多课题 。
数据管理是现代天文学的重要挑战 。罗曼五年将产生20拍字节数据,相当于两万个1TB硬盘的容量。NASA建立了罗曼科学支持中心,开发数据处理流水线和分析工具,确保全球研究人员能够访问和利用这些数据。与韦伯望远镜类似,罗曼的观测时间将通过公开竞争分配,任何国家的科学家都可以申请 。存档数据立即向公众开放,促进开放科学和意外发现 。
望远镜现在进入最后测试阶段,工程师将进行热真空试验、振动测试 、电磁兼容性检查等一系列验证。这些测试模拟发射和太空环境,确保所有系统在极端条件下正常工作 。如果一切顺利,天文台将在2026年夏季运往佛罗里达肯尼迪航天中心,开始发射准备 。猎鹰重型火箭将把它送往日地拉格朗日L2点,距离地球150万公里,与韦伯望远镜相同的轨道位置。
项目科学家朱莉·麦克恩瑞说,罗曼的建造完成意味着人类站在难以想象的科学发现边缘 。任务前五年预计揭示十万颗遥远世界 、数亿颗恒星和数十亿个星系,人类将以前所未有的速度学习关于宇宙的新知识 。这种乐观不是空话,每一台新望远镜都扩展了人类的视野,改变了我们对自身位置的理解。罗曼承诺的不仅是数据,更是启发和惊奇,提醒我们宇宙远比想象更加广阔和神奇 。
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我是视听号的签约作者“叶浩迪”！
希望本篇文章《NASA完成下一代望远镜，这可能很快揭示人类是否孤立无援》能对你有所帮助！
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