NASA全新超强望远镜，将改写我们对宇宙的理解

凯萨琳·希斯伍德（Catherine Heathwood）、林琳（Lara Owen） - BBC国际部记者

美国太空总署（NASA；美国国家航空暨太空总署／美国宇航局）的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope）8月30日从佛罗里达州肯尼迪太空中心（Kennedy Space Center）发射升空。

这台望远镜以美国太空总署首位女性主管兼首任首席天文学家命名。科学家希望，它能发现新的行星、揭示星系如何演化，并有助解答天体物理学中的根本问题，包括暗物质和暗能量。

该任务高级项目科学家朱莉·麦克纳里博士（Dr Julie McEnery）向BBC表示：“我们将对其他恒星周围的行星进行最大规模的普查，而且??我们将利用罗曼望远镜上的精密仪器，研究宇宙中的一切，包括所有星系、恒星，以及各种不寻常的天体。”

50万台电视

与哈勃（Hubble）和詹姆斯·韦伯（James Webb）太空望远镜聚焦于个别天体不同，罗曼望远镜将扫描大范围天空，观测庞大数量的星系、恒星和行星。

英国萨里大学（University of Surrey）天体物理学家诺埃莉亚·诺埃尔博士（Dr Noelia No?l）表示，“它提供了类似哈勃的视野，但规模如同全景图”，而且“单次观测涵盖的天空范围至少增加100倍”。



在其最大规模的巡天观测计划“高纬度广域巡天”（High-Latitude Wide-Area Survey）中，罗曼望远镜将在不足一年半的时间内扫描约12%的全天空。 [Mostafa Alkharouf/Anadolu via Getty Images]

这台望远镜的2.4米主镜有着不寻常的来历。它于2012年由美国负责间谍卫星事务的国家侦察局（National Reconnaissance Office, NRO）捐赠。

诺埃尔表示：“我觉得这非常美妙。原本用来俯视地球的技术，如今被改造成能够凝视数十亿光年外宇宙的望远镜。”

麦克纳里表示，这面镜子为了新的用途进行了大幅改造，但这项捐赠让美国太空总署得以使用比原先计划更大的镜面，“使你能看到更暗淡的天体”，并且“获得更清晰的视野”。

罗曼望远镜的核心是一台强大的3亿像素红外线相机，称为广域仪器（Wide Field Instrument），将拍摄极为庞大的影像。

麦克纳里表示，仅在一个月内，这台望远镜就能发现银河系中超过200亿颗恒星，“这将成为有史以来最大的天体目录”。而它的运作时间远不止一个月。



在马里兰州完成组装后，罗曼太空望远镜必须放置于特别建造的运输舱内，运往其位于佛罗里达州的发射地点。 [Sydney Rohde/Nasa]

预计它还会发现环绕这些恒星运行的新系外行星。

她预测：“我们目前已知其他恒星周围的行星略多于6,000颗。我们将把这个数字提高到超过10万颗。”

在其最大规模的巡天观测中，这台望远镜将在不足一年半的时间内覆盖约12%的天空。若将整幅影像完整展示，将需要超过50万台4K电视。

但罗曼望远镜的设计目标并非取代前辈，而是与它们协同运作。

诺埃尔表示：“詹姆斯·韦伯看得更深，但覆盖范围较小。如果罗曼发现非常有趣的事物，你就可以把詹姆斯·韦伯对准那个方向，更详细地研究那个天体或该片天空区域。”

宇宙的阴暗面

除了恒星和行星，罗曼望远镜还将扫描数以亿计的星系。麦克纳里表示，这将“帮助我们了解我们宇宙的基本本质”。

这将有助天文学家解开现代天文学两大最大谜团：暗物质和暗能量。

根据美国太空总署资料，暗物质是一种将宇宙维系在一起的无形黏合剂，约占宇宙总量的27%。

我们知道它存在，是因为科学家能观察到其引力效应。它会使后方星系发出的光线产生弯曲，进而扭曲星系形状。

这种现象称为弱重力透镜效应（weak gravitational lensing），可用来绘制暗物质随时间演变的分布图，因为来自遥远星系的光线需穿越漫长时空才抵达我们。

透过这幅三维（3D）地图，科学家希望更深入了解自大爆炸以来星系及其他宇宙结构如何演化，以及暗物质究竟由什么构成。



星系团中的普通物质和暗物质会使来自更遥远星系的光线发生弯曲，形成扭曲现象，例如这张哈勃影像中可见的蓝色弧形光带。 [Nasa, Esa, J Lotz & the HFF Team (STScI)]

另一方面，暗能量约占宇宙总量的70%。麦克纳里表示，它“倾向于把各种事物推开”。

科学家认为暗能量与引力相抗衡，并导致宇宙以加速方式膨胀。

但近期一些具有争议性的观测结果，对暗能量是否保持恒定提出疑问。这可能影响宇宙最终命运。例如，如果暗能量会随时间减弱，引力或许最终会占上风，令万物向内塌缩。

诺埃尔表示：“罗曼望远镜在这样令人振奋的时刻到来，”因为它将提供更精确的测量数据，有助平息这些争论。

其中一项测量将聚焦于称为“Ia型超新星”（Type Ia supernovas）的爆炸恒星。麦克纳里表示，这类超新星每次爆发时亮度都相同。

她解释说：“如果我们能测量它看起来有多亮，就能精确判定这个天体距离我们有多远，并利用这些资料测量宇宙膨胀的历史。”

“我们有一个非常出色的宇宙运作模型??但近年来，随着测量越来越精确，人们越来越清楚地意识到，这个模型并不完全正确。”

麦克纳里估计，罗曼望远镜最快可能在两年内开始为这些根本问题带来更多答案。

“哈勃之母”

诺埃尔认为，这台全新的超强望远镜以南希·格雷斯·罗曼博士（Dr Nancy Grace Roman）的名字命名，“再合适不过”。

罗曼于1925年出生于田纳西州，从小就对天文学产生兴趣。

但她因性别而一再遭遇障碍。在芝加哥大学（University of Chicago）期间，她很清楚自己不太可能获得终身教职，因此选择离开。

罗曼于2016年曾表示：“很多人告诉我，女性不可能成为天文学家。我很高兴自己没有理会他们。”



南希·格雷斯·罗曼于1959年初加入美国太空总署，当时该机构仅成立了六个月。 [Bettmann via Getty Images]

最终，她在1950年代美国太空总署创立初期主动申请加入，并在推动哈勃太空望远镜成为现实的过程中发挥关键作用。因此她获得了“哈勃之母”（Mother of Hubble）的称号。

麦克纳里表示：“我认为，如果没有她数十年前的远见，美国太空总署许多最具雄心的任务今天都不会出现。”

对诺埃尔而言，以罗曼命名这台望远镜，也使这项任务与一段更悠久的历史产生连结，那就是许多女性的工作共同塑造了现代天文学。

她特别提到19世纪末在哈佛天文台（Harvard Observatory）工作的女性，其中包括亨丽埃塔·利维特（Henrietta Leavitt）。利维特对恒星的研究，为一种全新的宇宙距离测量方法奠定基础。

诺埃尔说：“我认为这很圆满。如今，我们终于以某种方式，将应有的肯定给予一位追随亨丽埃塔·利维特脚步前进的女性。”