NASA羅曼太空望遠鏡建造完成:探測能力遠超哈勃 今年提前發射

IT之家
04/22

IT之家4月22日消息,據Space.com報道,當地時間周4月21日,在美國國家航空航天局(NASA)戈達德太空飛行中心,科學家們自豪地圍站在一台金屬裝置旁 —— 其配有高聳的橙色太陽能板與閃亮的銀色底座。在一間無菌白色潔淨室中,南希・格雷斯・羅曼太空望遠鏡終於完整亮相。

羅曼項目資深科學家朱莉・麥克亨利在新聞發布會上表示:「我由衷期待,甚至可以說確信,羅曼望遠鏡將帶來的最激動人心的科學發現,會是那些我們未曾預料、無法預判的成果,而這些發現也將為未來太空任務提出全新的深層探索課題。」

據IT之家了解,這台太空望遠鏡以NASA首任天文學主管、也是該機構首位女性高管命名,將成為人類探索宇宙真實本質的又一重要利器。其將躋身於人類部署在太空的一衆強大「機器之眼」行列,與詹姆斯・韋布太空望遠鏡(JWST)、宇宙歷史偏振分光輻射計(SPHEREx)、歐幾里得空間望遠鏡,乃至雖服役多年卻依舊錶現卓越的哈勃望遠鏡齊名。不過,與每一座里程碑式觀測台一樣,這台新設備也有其專屬專長,本文稍後會介紹部分相關技術參數。

最重要的是,南希・格雷斯・羅曼太空望遠鏡(簡稱「羅曼望遠鏡」)目前計劃於2026年9月發射,較原計劃提前8個月,且預算未超支。其有望為我們揭開宇宙中尚未觸及的全新領域。

據NASA介紹,羅曼望遠鏡的主鏡直徑約7.9英尺(2.4 米),與哈勃望遠鏡相當。但羅曼望遠鏡拍攝的天區範圍,至少是哈勃的100倍。

NASA局長賈裏德・艾薩克曼在發布會上稱:「它的巡天能力比哈勃快1000倍以上,單次成像可覆蓋的天區面積是哈勃的200倍。哈勃需要2000年才能完成的觀測任務,羅曼望遠鏡一年就能完成。它拍攝的圖像幅面極大,目前世界上沒有任何一塊螢幕能完整展示。」

對比來看,哈勃望遠鏡服役約35年來,累計收集了約400TB的數據;而羅曼望遠鏡在太空正式投入運行後,每年就能產生500TB的數據。

至於這些數據蘊藏的價值,可謂潛力無限。這向來是一台優秀望遠鏡的核心價值 —— 正如科學家們常說的,我們始終期盼能解答那些從未設想過的問題。

宇宙全景觀測

羅曼望遠鏡專門針對可見光與近紅外波段進行了校準調校。不同望遠鏡依託不同波長觀測宇宙,例如韋布望遠鏡專攻紅外波段觀測,哈勃雖可觀測部派息外光,但主要聚焦可見光與紫外光。

這種觀測波段的多元化至關重要,因為一片天區就像擁有多層結構。舉例而言,許多極為遙遠的天體僅能在紅外波段被觀測到 —— 紅外光波長極長,人眼無法感知,因此需要紅外望遠鏡解析這一層信息。而同一片天區中也存在可見光天體,需要藉助如同「超強人類肉眼」的望遠鏡進行更細緻的研究,諸如此類。

羅曼望遠鏡的諸多特性使其脫穎而出,前文提到的超快數據處理速度便是其一。

與韋布望遠鏡相比,羅曼望遠鏡搭載的廣域儀器(WFI)拍攝的圖像幅面寬50倍,但觀測深度更淺。因為羅曼望遠鏡無需像韋布望遠鏡那樣探索宇宙極深處,且它無法實現韋布級別的紅外觀測,過度追溯遙遠宇宙反而會浪費其性能。

具體來說,廣域儀器包含一台3億像素的可見光至近紅外成像相機,以及一台無縫光譜儀(可幫助科學家獲取視場內天體的光色散數據)。而這種廣度優先的全景觀測視角,恰恰是它的獨特優勢。

這意味着科學家無需精挑細選觀測天區,只需開展巡天掃描,便可鎖定有趣目標進行聚焦觀測。羅曼望遠鏡因此能夠捕捉快速發生的宇宙事件,比如快速射電暴,同時大幅提升科學家實時觀測超新星爆發、中子星碰撞等易轉瞬即逝現象的概率。

南希・羅曼望遠鏡項目科學家多米尼克・本福德表示:「我們將觀測到數千顆超新星,其中部分的距離將遠超人類此前觀測到的所有超新星。我們將通過這些爆發的恒星,追溯宇宙的演化歷史。」

此外,人們還期待羅曼望遠鏡能幫助解開宇宙最大謎團之一 —— 黑暗宇宙的奧祕。

幽暗而隱祕的宇宙

儘管歷經多年探索,科學家仍未明確暗物質與暗能量的本質。目前可以確定的是,宇宙中的普通物質不足以阻止星系分崩離析,如同未固定牢固的旋轉木馬會散落;同時,宇宙的膨脹速度也在異常加快。前者被歸因於暗物質填補了普通物質的作用空缺,後者則由暗能量驅動膨脹。

這兩種物質合計佔宇宙總量的 95%,卻從未被確鑿探測到。不得不說,這實在匪夷所思。

當然,基於現有研究基礎,無法確定羅曼望遠鏡能否直接揭開黑暗宇宙的真面目,但如果一切按計劃進行,其無疑將讓我們離真相更近一步。

憑藉超大視場,羅曼望遠鏡能夠快速對大量星系成像,構建詳盡的三維宇宙圖景,進而呈現不同星系的動力學特徵,追蹤宇宙膨脹過程,這正是人類研究暗物質與暗能量的兩大核心途徑。

麥克亨利表示:「我們還將研究宇宙隨時間的膨脹規律,這些都是解開暗物質、暗能量本質以及宇宙時空結構的關鍵。」

更不必說羅曼望遠鏡搭載的另一套專用儀器的科研價值。例如它配備的日冕儀,可遮擋遙遠恒星的強光,幫助望遠鏡直接拍攝系外行星。NASA 稱,這台望遠鏡的日冕儀能探測到亮度僅為其宿主恒星一億分之一的行星,該能力是現有太空日冕儀的 100 至 1000 倍。

相關介紹文件指出:「羅曼日冕儀能夠直接拍攝與木星大小、溫度及距主星距離相近的行星所反射的恒星光。」

發射征程

如今羅曼望遠鏡已建造完成,下一階段任務即將啓動:它將被運往位於佛羅里達州的 NASA 肯尼迪航天中心發射場,並開展各項發射相關測試。

羅曼望遠鏡此前已完成大量發射前試驗,包括經受超強噪音衝擊、劇烈振動、極端高低溫環境等一系列嚴苛考驗。過程十分苛刻,目的卻是確保它能承受發射過程的嚴苛考驗,以及太空這一已知最極端的環境。

羅曼望遠鏡集成與測試科學家傑里米・S・珀金斯介紹:「剩餘工作大多是最終檢測與收尾,包括各類防護層封裝、確認所有傳感器安裝到位,並拆除測試用傳感器。」

發射方面,所有測試完成後,NASA 將選用 SpaceX 獵鷹重型火箭將這一科研重器送入太空。截至目前,獵鷹重型火箭已完成 11 次發射,這台高 230 英尺(70 米)的運載火箭成功率達 100%。

入軌並與火箭分離後,羅曼望遠鏡將前往距地球約 100 萬英里的穩定引力點 —— 拉格朗日 L2 點。這裏是太空探測器的熱門選址,既能讓探測器避開太陽直射熱量,又能以合適軌道保障地面測控中心的順暢通信。

期待韋布望遠鏡、歐幾里得望遠鏡等 L2 點的「同伴」,能張開「太陽能板雙臂」歡迎羅曼望遠鏡的到來。

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