如果说哈勃让人类第一次真正看清了宇宙,那么詹姆斯·韦伯望远镜让我们看到了宇宙的过去。而美国NASA正在准备发射的另一台天文望远镜——罗曼太空望远镜(Nancy Grace Roman Space Telescope),则有望帮助人类回答一个更加宏大的问题:宇宙为什么会变成今天这个样子?
很多人认为,它只是韦伯望远镜的“升级版”,其实完全不是。罗曼的任务与韦伯几乎没有重叠,它不是看得更远,而是看得更广。它将一次性拍摄大面积宇宙,寻找暗能量、暗物质、系外行星,并绘制迄今为止最精细的宇宙三维地图。
一台耗资43亿美元的超级望远镜
罗曼太空望远镜由NASA主导研发,项目总预算约43亿美元,计划于2027年前后发射,并被送往距离地球约150万公里的日地第二拉格朗日点(L2)运行。
这里也是韦伯望远镜的工作位置。L2点最大的优势是太阳、地球和月球始终位于同一方向,望远镜既能保持稳定低温,又能长期连续观测宇宙。
罗曼的主镜口径为2.4米,与哈勃完全相同,因此它的分辨率几乎与哈勃一致。但真正拉开差距的,是它的视场。
一张照片,相当于100张哈勃
哈勃拍摄宇宙时,犹如透过一根吸管观察天空,虽然看得非常清楚,却只能看到很小的一块区域。
而罗曼最大的突破,就是拥有一台超大视场广角成像仪。
数据显示,它的视场面积约为哈勃宽视场相机的100倍左右。这意味着:
同样拍摄一片天空,哈勃需要连续拍摄100多张照片,再进行拼接;而罗曼一次曝光便可完成。
例如哈勃著名的“仙女座星系全景图”,曾耗时超过400次曝光、历时数百小时才完成。如果换成罗曼,同样面积的观测任务,时间将缩短到几小时甚至更少。
这种效率提升,并不仅仅意味着拍照更快,更重要的是可以进行大规模天区巡天。
未来五年任务期间,罗曼预计将覆盖约2000平方度天空,相当于10000多个满月的面积,获取数十亿个天体的数据。
它真正的目标,是寻找宇宙中最神秘的东西
现代宇宙学认为,普通物质仅占宇宙总质量和能量的约5%。
剩余部分中:
暗物质约占27%;
暗能量约占68%。
然而,人类至今既没有直接探测到暗物质,也不知道暗能量究竟是什么。
罗曼望远镜的重要任务之一,就是通过引力透镜效应和星系分布测量暗物质的空间结构。
所谓引力透镜,就是大质量天体会弯曲光线,使背景星系发生细微形变。
这种形变往往只有百分之一甚至千分之一,需要同时统计数千万甚至数亿个星系才能分析出来。
罗曼预计将测量超过10亿个星系形状,并记录数亿个星系的距离与演化历史,从而绘制目前精度最高的宇宙大尺度结构图。
这些数据,将帮助科学家进一步验证宇宙加速膨胀的真正原因。
它还有另一项重要使命:寻找新的地球
除了研究宇宙,罗曼还是寻找系外行星的重要工具。
目前,人类已经确认超过5800颗系外行星。
其中绝大多数都是利用凌星法发现的,也就是行星从恒星前方经过时造成亮度下降。
但这种方法更容易发现靠近恒星运行的大行星,对于距离较远、类似木星、土星甚至地球轨道的行星并不敏感。
罗曼将首次大规模使用引力微透镜技术寻找系外行星。
NASA预计,它将在任务期间发现约1400颗新的系外行星,其中包括数百颗质量接近地球的岩石行星,以及大量漂浮在银河系中的“流浪行星”。
这些没有恒星陪伴、独自在银河中漂流的天体,过去几乎无法观测,而罗曼将有机会建立目前最大的流浪行星样本。
它甚至可以直接拍摄系外行星
罗曼还搭载了一套先进的日冕仪(Coronagraph)技术验证设备。
它能够遮挡恒星耀眼的光芒,使附近极其微弱的行星显现出来。
通常,一颗类似地球的行星亮度只有母恒星的几十亿分之一。
过去,这种亮度差几乎无法直接拍摄。
罗曼的日冕仪虽然主要用于技术验证,但其对恒星光抑制能力可达到十亿分之一量级,为未来真正拍摄“第二个地球”积累关键经验。
NASA希望,通过这项技术,为下一代直接寻找生命迹象的望远镜铺平道路。
罗曼、哈勃和韦伯,到底谁更厉害?
很多人喜欢比较三者,其实它们分工完全不同。
哈勃是一台经典的高分辨率可见光望远镜,适合精细观测恒星、星云和星系。
韦伯拥有6.5米主镜,主要工作于红外波段,可以看到宇宙形成初期的微弱光线,是研究早期宇宙和恒星形成的利器。
而罗曼更像是一位“宇宙测绘员”。
它负责快速扫描整个天空,寻找值得深入研究的目标,再交由韦伯等大型望远镜进行精细观测。
未来,这三台望远镜将形成互补关系:罗曼负责发现,韦伯负责深入分析,哈勃则继续在可见光领域发挥作用。
人类正在进入“宇宙大数据时代”
过去几十年,人类获取宇宙数据的速度一直受限于望远镜的观测效率。
而罗曼最大的意义,并不仅仅是分辨率更高,而是它能够以前所未有的速度收集海量数据。
预计整个任务期间,它将产生数PB级科学数据,记录数十亿颗恒星和星系的信息,为未来几十年的天文学研究提供基础数据库。
许多今天尚未提出的问题,也许都会在这些数据中找到答案。
或许,罗曼不会像哈勃那样拍出震撼世界的“深空照片”,也不会像韦伯那样一次次刷新人类对宇宙年龄的认知。
但它很可能会成为21世纪最重要的宇宙测绘工具。
因为真正改变科学的,很多时候不是最耀眼的一张照片,而是一张覆盖整个宇宙的地图。当人类第一次拥有如此广阔而精确的宇宙图景时,我们距离揭开暗物质、暗能量以及银河系中无数未知世界的秘密,也将比任何时候都更近一步。
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