摘要：
美国国家航空航天局（NASA）的南希·格雷斯·罗曼空间望远镜即将发射。这台望远镜将以全新的方式观测宇宙：在保持哈勃空间望远镜级别成像清晰度的同时，拥有大得多的观测视野，从而帮助科学家研究暗能量、暗物质、遥远星系、濒死恒星以及隐藏在其他恒星强光中的行星。
罗曼空间望远镜距离发射仅剩一天。作为继詹姆斯·韦布空间望远镜之后，NASA推出的下一项旗舰级天体物理任务，它将成为首批能够大范围、高效率巡查宇宙的空间望远镜之一。NASA预计，罗曼望远镜将于2027年1月开始科学观测。
多名亚利桑那大学教师和学生将前往佛罗里达州卡纳维拉尔角，参加这项重要任务的发射活动。2026年8月24日，罗曼空间望远镜完成整流罩封装，随后将与“猎鹰重型”火箭进行对接。
詹姆斯·韦布空间望远镜主要用于深入观测相对较小的宇宙区域，而罗曼空间望远镜的突出优势则在于覆盖范围广。两台望远镜都能够观测红外光，因此天文学家可以将它们的观测结果结合起来，从而获得单独使用任何一台望远镜都难以实现的、更完整的宇宙图景。
罗曼望远镜的主镜直径约为2.4米，与哈勃空间望远镜的主镜尺寸相同。不过，罗曼搭载的一台仪器将显著扩大观测范围。其宽视场仪器在保持与哈勃相近灵敏度的同时，能够拍摄大约100倍于哈勃相机的天空区域。
哈勃空间望远镜运行30多年，观测到的夜空面积约占全天空的0.1%。相比之下，罗曼望远镜有望以相同级别的分辨率覆盖整个天空。如此广阔的视野将使它特别擅长寻找罕见天体，包括濒死恒星、新形成的行星以及巨大的星系团。
亚利桑那大学的研究人员将参与分析这些观测数据，并从中寻找新的科学发现。
暗物质和暗能量是罗曼望远镜重点研究的目标，也是现代宇宙学中最深奥的两大谜题。暗物质本身不发光，但其引力会影响星系以及宇宙中的其他结构。暗能量则是科学家对一种神秘影响的称呼，这种影响似乎正在推动宇宙加速膨胀。暗物质和暗能量合计构成了宇宙中几乎全部的成分。
NASA已经选定亚利桑那大学的亚利桑那宇宙学实验室，支持两项旨在揭示暗物质和暗能量本质的研究。其中一项涉及宽视场科学团队，另一项则负责项目基础设施建设。
亚利桑那大学天文学与物理学教授伊丽莎白·克劳泽负责“利用罗曼空间望远镜开展运动学引力透镜研究”宽视场科学团队。该团队获得了200万美元经费，用于开发一种名为“运动学引力透镜”的宇宙学测量方法。
研究人员计划将罗曼拍摄的图像与光谱数据结合起来，以比以往更精确地测量暗物质和暗能量。
亚利桑那大学的另一支团队还将在多机构合作项目“利用罗曼高纬度成像巡天最大化宇宙学科学成果”中，负责项目基础设施建设。天文学与物理学教授蒂姆·艾弗勒领导负责解读罗曼宇宙学数据的工作组。
罗曼望远镜将探测距离地球较近以及极其遥远的星系。天文学家会确定这些星系的位置并测量它们的性质，建立规模庞大的星系目录。随后，研究人员将利用计算机模型，把这些目录转化为有关宇宙基本物理规律的信息。
完成这项工作需要强大的计算能力。NASA罗曼项目已向艾弗勒实验室拨款80万美元，用于购买计算资源。这些资源将成为全新大学级高性能计算系统的一部分，预计该系统将于今年秋季到位。未来五年，艾弗勒实验室还将获得240万美元，用于开展相关研究。
艾弗勒表示，这套基础设施将帮助研究人员完成从星系目录到宇宙学解释的转换，使他们能够测定宇宙中暗能量和暗物质的含量。他同时担任宇宙学小组联合主席，该小组汇集了来自世界各地的1000多名科学家。艾弗勒说，能够组织全球科研群体围绕这一科学目标展开合作，是一项“梦寐以求的工作”。
罗曼空间望远镜不仅要绘制大尺度宇宙地图，还将测试直接拍摄系外行星的新方法。它搭载的日冕仪将利用遮光片、棱镜、探测器、滤光片以及能够自我调整的反射镜，抑制恒星极其强烈的光线。
当恒星的强光被削弱后，天文学家就有机会观测到围绕恒星运行、亮度微弱得多的行星以及尘埃盘。
目前，人类发现的绝大多数系外行星都依靠间接方法确认。例如，科学家可以测量行星从恒星前方经过时造成的微小星光下降。罗曼的日冕仪则将采取不同方式，尝试直接显现行星本身。
预计这台仪器能够探测到亮度比其宿主恒星暗1亿倍的行星，相比现有空间日冕仪，其性能将提升约100至1000倍。
负责日冕仪观测规划工作组的天文学副研究教授斯凯勒·沃尔夫表示，这项技术将为未来的宜居世界观测站提供关键验证。宜居世界观测站是一项被推荐建设的望远镜计划，目标是专门寻找其他恒星系中可能存在生命的迹象。
多名亚利桑那大学研究人员参与了罗曼日冕仪的研发，并将参加未来的观测工作，其中包括月球与行星实验室主任马克·马利、天文学副教授尤安·S·道格拉斯、斯图尔德天文台助理研究教授拉米娅·安切，以及天学博士后研究助理贾斯汀·霍姆。
马利将与月球与行星实验室副教授泰·罗宾逊及博士后研究助理扎拉·布朗一道，利用日冕仪数据研究太阳系以外天体的大气层。
布朗一直在建立自发光巨行星的气候和光谱模型。这些行星通常非常年轻且温度极高，能够产生自身的热红外光。她的模型可以预测行星的大气温度、化学成分、云层状况以及每颗行星可能释放的红外光谱。
由于许多此类天体此前从未在这些波段进行研究，这些预测十分重要。布朗表示，预测得到的光谱对于观测规划至关重要。罗曼日冕仪面对的是极其微弱、对比度极高的目标，因此研究团队必须安排足够的观测时间，确保能够探测到候选目标，同时又不能过度占用任务有限的观测资源。
安切的团队正在研究系外行星系统的结构。霍姆则负责寻找最适合用于校准日冕仪的恒星，同时还领导利用地面望远镜开展的前期观测项目，为未来罗曼任务确认目标提供支持。
罗曼空间望远镜预计将在2027年1月开始科学运行，届时它获得的观测数据将向全球科学界开放。亚利桑那大学将负责9项获得NASA批准的罗曼数据研究项目，相关经费超过200万美元。
这些项目的研究范围不仅包括暗能量和系外行星，还将涉及超大质量黑洞、引力透镜、星系形成、再电离过程以及宇宙尘埃等课题。
凭借哈勃空间望远镜般的成像细节和远超哈勃的观测视野，罗曼空间望远镜将帮助科学家发现其他望远镜容易遗漏的天体，并进一步揭示这些发现如何融入更宏大的宇宙演化图景。
评论