8月30日上午7时26分,美国国家航空航天局(NASA)的南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜从佛罗里达州肯尼迪航天中心39A发射台升空。SpaceX猎鹰重型火箭将这台造价约43亿美元的空间望远镜送上前往深空的轨道,升空约31分钟后,Roman与火箭上面级成功分离。地面控制中心随后确认太阳能电池板和仪器遮阳装置正常展开,望远镜开始独立飞行,发射阶段的主要任务顺利完成。
Roman接下来将进行约三个月、约100万英里的飞行,前往太阳—地球第二拉格朗日点L2附近运行。这个位置距离地球约160万公里,詹姆斯·韦布太空望远镜也在这一带工作。NASA计划在航行期间逐步开启和测试宽视场仪器、日冕仪、通信及姿态控制系统,并进行轨道修正和科学设备校准。NASA预计在2027年初公布首批正式图像,随后进入至少五年的主要科学任务期。
Roman是NASA继哈勃和韦布之后又一项大型空间天文任务,但它的设计目标并非单纯获得更高分辨率或观察更遥远的单一天体。它的2.4米主镜与哈勃尺寸接近,成像清晰度大体处于哈勃级别,核心优势是一次能够覆盖远大于哈勃的天空区域。NASA公布的数据表明,Roman的视场至少达到哈勃的100倍,整体巡天速度可达到哈勃的大约1000倍。按照项目科学团队的估算,Roman一个月可以完成的银河系观测工作,如果使用哈勃以类似方式执行,可能需要约100年。
这种能力决定了Roman与哈勃、韦布之间形成不同的任务分工。韦布拥有6.5米主镜和更强的中红外观测能力,适合长时间集中观察极其遥远和暗弱的目标,研究早期星系、恒星形成以及行星大气;Roman则能够在较短时间内反复扫描大片天空,从海量恒星和星系中寻找亮度、位置和形态发生变化的目标。Roman首先发现异常天体后,韦布、哈勃以及地面大型望远镜可以继续进行更精细的后续观测。随着欧洲空间局Euclid探测器和智利Vera C. Rubin天文台投入相关研究,现代天文学正在形成广域巡天与深度观测相互配合的观测体系。
暗能量和暗物质是Roman最重要的科学目标之一。目前可以直接观测到的恒星、行星、气体和其他普通物质只占宇宙总组成的一小部分,暗物质主要通过引力效应被推断存在,而暗能量则被用于解释宇宙膨胀正在加速的现象。Roman计划测量大量星系的位置、距离和形态,绘制目前规模最大的宇宙三维地图之一,通过超新星、弱引力透镜以及星系大尺度分布等方法,追踪宇宙在不同时代的膨胀速度。
这些观测还可能检验现代宇宙学的基本假设。如果不同测量方式得到一致结果,科学家可以进一步缩小暗能量性质的可能范围;如果观测结果无法由现有模型充分解释,则可能推动研究人员重新检查关于宇宙膨胀、引力甚至广义相对论在超大尺度上的理论。Roman的价值因此不仅在于寻找更多天体,也在于把过去只能依靠有限样本研究的宇宙学问题扩大到数以亿计甚至数十亿计的观测对象。
系外行星将是Roman另一个产生大量新数据的领域。望远镜计划长期监测银河系中心方向数以亿计的恒星,通过凌日和引力微透镜等方法寻找太阳系之外的行星。NASA目前预计,Roman产生的数据可能揭示约10万颗新的系外行星,其中包括大量通过恒星亮度周期性下降发现的凌日行星,以及超过1000颗通过引力微透镜识别的行星。这类观测能够覆盖此前样本不足的银河系区域,并发现距离宿主恒星较远甚至没有固定宿主恒星的行星。
相比只寻找少数可能适合生命存在的目标,Roman更重要的任务之一是建立银河系行星系统的统计样本。科学家希望通过不同恒星、轨道和行星质量之间的比较,判断大型气态行星、岩石行星以及类似太阳系结构的行星系统在银河系中究竟有多普遍。Roman本身并不是专门寻找外星生命的任务,但这些统计数据将帮助未来望远镜确定哪些行星最值得投入更高成本进行大气和宜居性研究。
望远镜搭载的实验性日冕仪还承担另一项技术验证任务。恒星亮度通常比周围行星高出巨大数量级,要直接拍摄一颗围绕恒星运行的行星,首先必须尽可能遮挡恒星本身的光线。Roman日冕仪将尝试直接获取类似木星大小行星的图像,并测试高对比度成像技术。如果设备达到预期性能,其技术经验将应用于未来寻找和研究类地行星的空间望远镜,为NASA规划中的“宜居世界天文台”等后续项目提供工程基础。
Roman每天预计可以向地球传回约1.4TB数据,是NASA天体物理任务迄今最高的数据传输规模。其300兆像素宽视场红外相机由18块4K探测器组成,能够连续生成大面积、高精度的宇宙图像。未来五年形成的数据量将远远超过传统天文学依靠研究人员逐张检查图像的处理能力,自动化数据分析、机器学习和大规模计算将承担目标识别和异常筛选工作。天文学研究方式也将随之发生变化:研究人员不仅可以提出问题后申请望远镜观察特定目标,也能够从已经形成的大型公开数据库中寻找此前没有预设的新现象。
Roman还有一段不同于多数民用科学望远镜的技术来源。它的2.4米级光学系统最初来自美国国家侦察局(NRO)相关太空侦察项目。2012年,NRO将两套不再使用的光学望远镜硬件提供给NASA,其中一套后来成为Roman的重要基础,另一套目前仍被保存。NASA随后围绕这套光学系统重新设计科学仪器、航天器结构、热控制、通信和控制系统,使原本面向对地观测技术体系的核心硬件最终被用于观察深空。
这段历史有时容易被简化为把“间谍卫星改造成天文望远镜”,实际上Roman并不是一颗完整侦察卫星直接改变方向后投入科学用途。原有光学系统只构成整个空间天文台的一部分,其工作温度、观测方向、科学探测器和运行环境均与原来的设计条件不同,NASA仍需要围绕它完成长期研发、系统集成和大量环境测试。利用已有高精度光学硬件减少了部分重新开发工作,同时也要求工程团队根据既定硬件重新安排整台望远镜的设计。
Roman最终比NASA此前要求的时间提前约九个月进入发射阶段,并控制在批准的项目预算范围内,这使它成为近年来NASA大型科学工程中进度较为少见的案例。韦布太空望远镜曾因为可折叠分段主镜、巨大遮阳板和超低温工作环境等前所未有的技术难题经历多年延期和成本上升,Roman采用的技术成熟度更高,同时可以利用现有主镜和已有航天工程经验,因此两项任务面临的工程风险并不相同。NASA局长贾里德·艾萨克曼将Roman的提前完成归因于长期项目规划、工程团队执行以及任务范围控制,并提出希望NASA其他项目吸收相关管理经验。
Roman的项目经历也反映了美国大型科学计划在行政部门和国会之间的预算决策过程。特朗普政府在第一任期以及第二任期的预算规划中都曾提出取消Roman项目或减少相关经费,但国会连续保留项目资金,使望远镜得以继续建设。2026年,白宫还曾提出将NASA年度预算削减约60亿美元,最终NASA获得的年度经费仍维持在约240亿美元水平。Roman发射成功数小时后,特朗普致电NASA局长艾萨克曼,对发射表示祝贺。此时,这项曾多次出现在联邦预算取舍中的大型科学计划已经完成从立项、建设到进入太空的关键阶段。
Roman以NASA首任首席天文学家南希·格蕾丝·罗曼命名,也是NASA第一台以女性科学家命名的大型空间望远镜。罗曼1959年加入成立不久的NASA,长期推动太空天文学发展,并参与促成后来成为哈勃太空望远镜的重要科学规划,因此被称为“哈勃之母”。她于2018年去世,享年93岁。2020年,NASA正式将原来的广域红外巡天望远镜任务以她的名字命名。
随着8月30日的成功发射,Roman项目最主要的风险已经从火箭和地面工程阶段转向长距离航行、设备部署和科学仪器调试。未来约三个月,它将在飞往L2的过程中完成通信切换、轨道修正和设备启动。如果后续测试达到设计指标,一台拥有哈勃级成像能力、却能一次观察百倍天空面积的空间望远镜将在2027年正式加入人类现有的天文观测体系。
它带来的变化首先会体现在数量上:更多星系、更多恒星、更多超新星和更多太阳系外行星将进入人类的观测数据库。更深层的意义在于,宇宙学正在从对少数特殊目标进行精细研究,进一步进入对数十亿天体进行系统统计的阶段。暗能量如何推动宇宙膨胀、暗物质如何控制星系形成、银河系拥有怎样的行星系统,以及大片天空中还隐藏着多少此前无法预先设定搜索目标的天文现象,将成为Roman进入科学运行后需要回答的问题。

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