「要完整顯示一張羅曼望遠鏡最大巡天項目拍攝的單幅圖像，需要超過五十萬台4K電視螢幕拼接纔夠。」
耗資43億美元的NASA南希·格雷斯·羅曼空間望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope），已於昨日從佛羅里達州肯尼迪航天中心發射升空，正式開啓探索宇宙深處暗能量與暗物質之謎的使命。
NASA的南希·格雷斯·羅曼空間望遠鏡搭載SpaceX獵鷹重型火箭發射升空。
圖源：SpaceX
這台望遠鏡搭載着一枚三億像素的相機，其核心光學系統脫胎於一面翻新的美國間諜衛星反射鏡，堪稱NASA新一代「旗艦級」天文台的代表作。
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獵鷹重型火箭，發射羅曼飛向深空
發射任務由SpaceX的「獵鷹重型」（Falcon Heavy）運載火箭執行。北京時間8月30日19時26分，這枚由27台煤油發動機提供動力的重型運載火箭從NASA肯尼迪航天中心39A發射台點火升空，劃破晨曦衝向大西洋上空。起飛後不久，兩枚可回收助推器分離並返回卡納維拉爾角着陸，隨後火箭將羅曼望遠鏡送入奔向日地L2拉格朗日點的軌道，這一位置距離地球約150萬公里，相當於地月距離的四倍。
滿載燃料的羅曼望遠鏡重達約9噸（約2萬磅），幾乎填滿了獵鷹重型火箭的整流罩空間。NASA羅曼任務發射主管丹頓·吉布森（Denton Gibson）表示，這次發射動用了獵鷹重型全部500萬磅推力，而火箭表現堪稱完美。按照計劃，羅曼望遠鏡還需約三個月才能抵達L2軌道，期間地面團隊將對觀測設備進行在軌激活與校準，首批科學圖像有望於今年年底前對外發布。
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一台「脫胎」於間諜衛星的望遠鏡
這台望遠鏡以南希·格雷斯·羅曼的名字命名，以紀念這位NASA歷史上首位首席天文學家。羅曼是空間天文觀測理念的重要倡導者，她在NASA任職期間為哈勃望遠鏡爭取到了科學界與國會的支持，被譽為「哈勃之母」。羅曼於1979年從NASA領導崗位退休，2018年去世。2020年，NASA將當時仍被稱為「寬視場紅外巡天望遠鏡」（WFIRST）的下一代旗艦任務正式更名為羅曼空間望遠鏡，以此致敬。
工程團隊歷時近十年打造了這台觀測設備，其核心是一面直徑2.4米（約7.9英尺）的主鏡，這面主鏡由美國國家偵察局（NRO，負責運營間諜衛星的政府機構）捐贈給NASA，口徑與哈勃望遠鏡的主鏡相當。2012年，NASA獲得了兩台NRO退役的間諜望遠鏡鏡片，科學家很快選定其中一台用於羅曼任務，而NRO是在其某項監視衛星項目取消後，將這些鏡片列為「多餘資產」轉交NASA的；另一台鏡片目前尚無明確用途。
這張照片展示了羅曼空間望遠鏡（Roman Space Telescope）在位於美國佛羅里達州的NASA肯尼迪航天中心進行發射準備工作的場景。
圖源：NASA / Sydney Rohde (Rocz)
這面「現成」主鏡的意外可用，促使原本仍處於設計階段的WFIRST項目進行了大規模重新設計，望遠鏡整體尺寸幾乎擴大一倍以容納這面主鏡，觀測能力隨之提升，但研製成本也隨之上升。地面團隊還需要重新調整鏡片的「光學處方」，並使其適應更低的工作溫度。羅曼望遠鏡首席項目科學家朱莉·麥克納裏（Julie McEnery）坦言，這絕非簡單的「即插即用」。羅曼任務已於2020年通過NASA確認評審，此後研製進度始終保持在預算內，且快於預期。
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觀測速度是哈勃的千倍
NASA科學任務理事會負責人尼基·福克斯（Nicky Fox）將羅曼望遠鏡形容為「天文望遠鏡中的瑞士軍刀」。它計劃巡天覆蓋12%的天區，這一比例聽起來不算高，但已遠超哈勃望遠鏡在軌36年間累計觀測的0.1%。
福克斯表示，憑藉寬廣的視場與極高的巡天速度，羅曼在整個任務周期內預計將發現數萬顆新行星、數十億個星系、數千顆超新星以及數百億顆恒星，觀測速度約為哈勃望遠鏡的1000倍，換言之，哈勃需要一個世紀才能完成的工作量，羅曼一個月即可完成。
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探尋暗能量與暗物質的真相
宇宙學家們尤為期待羅曼望遠鏡能為「暗能量」研究帶來突破。根據現行宇宙標準模型，這種看不見的力量佔據宇宙總質能約70%，正是它推動着宇宙加速膨脹；暗物質佔比略高於四分之一；剩餘部分纔是人類可見、可觸摸的普通物質。麥克納裏指出，標準模型本身也可能存在錯誤，而羅曼望遠鏡有望帶來的種種發現，或將印證當前一些「標準模型並不完全正確」的線索，從而為科學家指明修正方向。
麥克納裏介紹，僅一個月的羅曼觀測數據，就有望巡測銀河系，探測到銀河系內多達一半恒星，這本身就將形成一份規模遠超現有任何天體目錄的龐大星表。她表示，羅曼的主巡天項目將持續一年以上、體量極為龐大：要完整呈現這次最大規模巡天所拍攝的單張圖像，需要逾50萬台4K電視螢幕拼接展示，其覆蓋面積相當於紐約曼哈頓45個街區，或足以鋪滿優勝美地國家公園的酋長巖（El Capitan）。
羅曼望遠鏡之所以擁有如此「開闊」的視野，得益於其搭載的「寬視場儀器」（Wide Field Instrument），這台近紅外相機單次成像範圍比滿月視直徑還要大，使羅曼能夠描繪星系團、大尺度物質纖維狀結構等宇宙「網狀」結構。福克斯打了個形象的比方：如果說哈勃與韋布望遠鏡此前是透過「鑰匙孔」窺視宇宙，那麼羅曼望遠鏡將直接「踢開大門」。她強調，羅曼並非只是把哈勃、韋布已做過的工作做得更快，而是能開展二者都無法完成的、全新維度的科學研究；未來哈勃、韋布與羅曼三大旗艦望遠鏡的觀測數據相結合，將為人類描繪一幅更完整的宇宙圖景。
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日冕儀：直接「拍下」系外行星
羅曼望遠鏡搭載的另一件重要科學儀器，日冕儀（Coronagraph Instrument），被認為是人類迄今送入太空的最精密天文儀器之一，專為直接成像系外行星而設計。該儀器通過遮光罩與大型自適應變形反射鏡，屏蔽掉恒星本身的耀眼光芒，從而探測到亮度僅為其「母恒星」一億分之一的闇弱行星。據NASA介紹，憑藉可實時調整「光學處方」的內置反射鏡，羅曼日冕儀的探測靈敏度是韋布與哈勃望遠鏡現有日冕儀的100至1000倍。
羅曼空間望遠鏡的日冕儀專為直接對系外行星進行成像而設計，是迄今送入太空的最精密天文儀器之一。
圖源：NASA / JPL-Caltech
這套系統將幫助天文學家研究比目前已知種類更豐富的系外行星，包括它們的大小、大氣成分與結構特徵，其技術創新還將為未來儀器的設計提供參考，助力人類最終實現對恒星宜居帶內類地岩石行星的直接成像。福克斯表示，羅曼將以可見光直接拍攝遙遠的行星世界、塵埃盤與近鄰恒星，幫助科學家看清那些比此前所拍到的「熾熱年輕木星」更年老、更寒冷、軌道更靠內的巨行星。除直接成像外，羅曼還將採用成熟的「凌星法」探測系外行星，憑藉更廣闊的視場，預計發現數量將遠超以往歷次太空任務。
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海量數據時代
如此龐大的觀測能力，也意味着海量的數據產出。福克斯介紹，羅曼望遠鏡僅一天的觀測數據下行量就高達1.4太字節（TB），相當於一整塊遊戲主機硬盤的容量。在為期五年的主任務期內，羅曼幾乎每天都要向地面傳回如此體量的數據，據NASA測算，五年任務周期內累計數據量將達到約20拍字節（PB，相當於2萬太字節），而哈勃望遠鏡自1990年發射至今，累計傳回的數據總量也不過略高於400太字節。
為接收如此規模的數據流，NASA和合作伙伴將通過一套獨立於「深空網絡」（Deep Space Network，該網絡目前已超負荷運轉）的全球地面站網絡與羅曼保持通信。NASA與負責運營羅曼任務的空間望遠鏡科學研究所（STScI）將把觀測數據存入公共數據庫，供全球科學家免費查閱使用。為便於處理如此龐大的數據體量，團隊還專門開發了一套雲端數據平台，天文學家既可直接使用平台內置的分析軟件，也可上傳自有軟件進行數據處理。
羅曼望遠鏡集成與測試科學家傑里米·珀金斯（Jeremy Perkins）打了個生動的比方：沒有任何一個人能夠獨自看完羅曼望遠鏡觀測到的所有恒星、星系與奇異天體，這就好比沒有人能把喜歡的音樂流媒體平台上所有歌曲都聽一遍，必須依靠算法等手段，才能從海量數據中「淘」出真正有價值的新發現，羅曼團隊未來也將採用類似的方式處理數據。
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與哈勃、韋布攜手，改寫人類宇宙認知
羅曼望遠鏡是本世紀NASA主導發射的第二個大型天體物理任務，此前一個是2021年發射的詹姆斯·韋布空間望遠鏡。與韋布歷經多年延期不同，羅曼提前近九個月完成研製，趕在NASA承諾的2027年5月發射節點之前順利升空。NASA局長賈裏德·艾薩克曼（Jared Isaacman）評價稱，羅曼正是NASA希望在各個項目中複製的成功範例，在預算內提前交付，凝聚了十餘年NASA員工與工業合作伙伴的心血；如今，羅曼將帶來一份全新的宇宙圖譜，拓展人類探索的邊界，也證明了雄心壯志與嚴謹執行力可以兼得。
在這張信息圖中突出展示的南希·格雷斯·羅曼空間望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope）的三大主要觀測項目，將使天文學家能夠以前所未有的方式觀測宇宙，揭示散佈在廣袤時空區域中的數十億個天體。
圖源：NASA / 戈達德太空飛行中心
NASA羅曼任務項目經理傑姬·湯森德（Jackie Townsend）表示，當代物理學要理解宇宙的本質，往往依賴大樣本統計，而這正是羅曼望遠鏡的用武之地。以其中一項巡天計劃為例，羅曼將在約三周內完成相當於3455個滿月大小天區的觀測，隨後再用五天半時間反覆回訪其中一小片區域，這種「廣域巡天+高頻重訪」的觀測模式，是哈勃與韋布都無法勝任的。湯森德說，團隊計劃利用羅曼的重複觀測數據製作銀河系及遙遠星系的「三維動態影像」，這在天文觀測史上還是頭一次。
湯森德將羅曼望遠鏡的觀測精度與哈勃望遠鏡著名的「超深空場」（Ultra Deep Field）影像相提並論，認為羅曼是把這種「深度凝視」的能力，大規模應用到了相當一部分夜空之中。她表示，正如當年哈勃望遠鏡對準一片看似空無一物的「黑暗天區」，最終卻發現了數十億個星系，她相信羅曼也會帶來同樣令人驚歎的「恍然大悟」時刻，在此之前，人類或許根本沒有真正理解宇宙的運行方式，直到擁有了如此龐大而精細的數據集。
參考
[1]https://arstechnica.com/space/2026/08/nasas-next-great-observatory-begins-mission-to-widen-our-view-of-the-universe/
[2]https://live.spacedaily.com.cn/roman/