南希·格雷斯·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡是天文學(xué)的下一個重大進(jìn)展。 (Image credit: GSFC/SVS)
（神秘的宇航遠(yuǎn)鏡地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（By Robert Lea）：南希·格雷斯·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡是美國宇航局未來的紅外太空天文臺，它將試圖通過解決暗能量的外太文臺奧秘來解決宇宙學(xué)中一些最緊迫的問題。
該望遠(yuǎn)鏡也被稱為“羅馬”或“羅馬太空望遠(yuǎn)鏡”，空天空望也將搜索太陽系以外的南茜行星——系外行星，并將調(diào)查遙遠(yuǎn)恒星的格蕾物理性質(zhì)。
美國宇航局表示，絲羅該太空望遠(yuǎn)鏡將于2026年或2027年左右發(fā)射，美國曼太它擁有廣闊的宇航遠(yuǎn)鏡視野，這將使它能夠生成前所未有的外太文臺宇宙大圖，這對解決一些最緊迫的空天空望宇宙之謎至關(guān)重要。這項任務(wù)預(yù)計將持續(xù)五年。南茜
羅馬太空望遠(yuǎn)鏡將位于拉格朗日點2，格蕾這是絲羅地球和太陽之間的一個穩(wěn)定的引力點，距離我們的美國曼太星球約100萬英里(150萬公里)。
世衛(wèi)組織望遠(yuǎn)鏡是以哪個名字命名的？
南希·格雷斯·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡于2010年以寬視場紅外巡天望遠(yuǎn)鏡(WFIRST)的名義誕生，十年后才獲得現(xiàn)在的名字，當(dāng)時在2020年5月，它被重新命名，以紀(jì)念南希·格雷斯·羅曼，一位先驅(qū)科學(xué)家，他在1961年至1963年期間擔(dān)任美國宇航局的第一任首席天文學(xué)家。羅曼于2018年12月26日辭世，享年93歲。
在她的一生中，Roman被親切地稱為“哈勃之母”,這個綽號的出現(xiàn)是因為Roman不知疲倦地倡導(dǎo)新的工具，使科學(xué)家能夠研究更廣闊的宇宙，這導(dǎo)致了1990年哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)射。

南希·格蕾絲·羅曼因成為美國國家航空航天局總部空間科學(xué)辦公室的第一任天文學(xué)主任和第一位在航天局擔(dān)任行政職務(wù)的女性而聞名于世。(圖片來源:NASA)
在2020年宣布WFIRST的新名字時，美國宇航局局長吉姆·布里登斯汀說:“正是因為南希·格蕾絲·羅曼的領(lǐng)導(dǎo)和遠(yuǎn)見，美國宇航局成為天體物理學(xué)的先驅(qū)，并發(fā)射了哈勃望遠(yuǎn)鏡，這是世界上最強大和最具生產(chǎn)力的太空望遠(yuǎn)鏡。”
“我想不出比WFIRST更好的名字了，它將接替美國宇航局的哈勃和韋伯望遠(yuǎn)鏡。”布里登斯汀繼續(xù)說道。
“羅曼計劃教給我們很多關(guān)于系外行星和宇宙學(xué)的知識，但它有能力做得更多，”美國宇航局噴氣推進(jìn)實驗室的博士后研究員Samson A. Johnson告訴Space.com。“現(xiàn)在，在它發(fā)射之前和之后，天文學(xué)家將有很多機會為Roman提出他們自己的想法，并且有許多有趣的前景，如研究恒星質(zhì)量黑洞，系外行星凌日調(diào)查，星地震學(xué)調(diào)查，等等。”約翰遜繼續(xù)說道。
南希·格雷斯·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)展和成本

Nancy Grace Roman太空望遠(yuǎn)鏡的開發(fā)主要由美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心負(fù)責(zé)，參與開發(fā)的有噴氣推進(jìn)實驗室(JPL)和加利福尼亞州帕薩迪納的紅外處理和分析中心、巴爾的摩的太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所，以及一個由美國各機構(gòu)研究人員組成的科學(xué)團(tuán)隊。
2011年羅馬太空望遠(yuǎn)鏡的最初設(shè)計表明，它將配備一個直徑4.3英尺(1.3米)的小鏡子和一個單一的儀器。科學(xué)定義小組(SDT)和WFIRST研究辦公室在2015年的WFIRST-AFTA 2015報告中介紹了望遠(yuǎn)鏡的當(dāng)前和最終設(shè)計。
這篇論文的標(biāo)題詳細(xì)描述了將在本十年晚些時候到達(dá)太空的更新的羅馬望遠(yuǎn)鏡，它于2019年發(fā)布，標(biāo)題是“寬視場紅外巡天望遠(yuǎn)鏡:2020年代的100架哈勃望遠(yuǎn)鏡”。"
2022年，美國宇航局估計羅馬望遠(yuǎn)鏡的總發(fā)射成本為2.55億美元，其中包括發(fā)射服務(wù)和其他與任務(wù)相關(guān)的成本。
南茜·格蕾絲·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡會做什么？
根據(jù)WFIRST-AFTA科學(xué)定義團(tuán)隊的最終報告，羅馬太空望遠(yuǎn)鏡在發(fā)射時將重達(dá)4166公斤(9184磅)，并被設(shè)置為攜帶2191公斤(4830磅)的有效載荷。
羅馬太空望遠(yuǎn)鏡的主鏡直徑為7.9英尺(2.4米)，與哈勃望遠(yuǎn)鏡的鏡子大小相同，但重量不到410磅(186公斤)的四分之一。

羅馬太空望遠(yuǎn)鏡的主鏡直徑為7.9英尺(2.4米)。(圖片鳴謝:L3Harris科技公司)
該反射鏡為望遠(yuǎn)鏡提供了0.281度的方形視場，并將光線發(fā)送到羅馬太空望遠(yuǎn)鏡攜帶的兩個主要儀器，寬視場儀器和望遠(yuǎn)鏡的日冕儀。航天器本身的桶形形狀阻擋了來自太陽的多余光線。
這將允許寬視場儀器在其長達(dá)5 5年的運行時間內(nèi)測量來自10億個星系的光，從而促進(jìn)羅馬太空望遠(yuǎn)鏡的主要任務(wù)——研究暗能量。
正如美國宇航局指出的，物理學(xué)家估計暗能量占宇宙總能量/物質(zhì)含量的68%左右，但對它實際上是什么卻知之甚少。解決這個問題的一個方法是觀察暗能量的影響是如何隨著時間而變化的。
羅馬太空望遠(yuǎn)鏡上的寬視場儀器將有助于調(diào)查這一問題，方法是繪制整個宇宙的物質(zhì)分布圖，并測量宇宙自大約5億年前(約為當(dāng)前年齡的4%)以來是如何膨脹的。通過檢查超新星的亮度和距離，即恒星生命結(jié)束時發(fā)生的爆炸，羅馬太空望遠(yuǎn)鏡可能會探測到暗能量的最初痕跡，從而讓科學(xué)家了解這種神秘力量的影響是如何隨著時間的推移而增長的。
Roman的其他目標(biāo)，如研究遙遠(yuǎn)的超新星和檢查太陽系外圍的物體，將是尋找其他恒星周圍的行星。
南希·格雷斯·羅馬望遠(yuǎn)鏡和暗能量專家解答的常見問題
魯茲·Á·安杰拉·加西亞博士后研究員盧茲·Á·安杰拉·加西亞是哥倫比亞波哥大ECCI大學(xué)的宇宙學(xué)博士后研究員。
我們向哥倫比亞波哥大的宇宙學(xué)博士后魯茲·Á·安杰拉·加西亞詢問了幾個關(guān)于南希·格雷斯·羅曼望遠(yuǎn)鏡和暗能量的問題。
南希·格雷斯·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡和詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡相比如何？
兩臺望遠(yuǎn)鏡都被優(yōu)化用于紅外線的波長范圍。然而，JWST的視野非常狹窄和詳細(xì)。相反，南希·格雷斯·羅曼將覆蓋一片廣闊的天空。理解這一點的一種方式是，兩臺望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)目標(biāo)是不同的，因此，它們的覆蓋范圍必須適應(yīng)這些觀測需求。
JWST旨在恢復(fù)天空的深層視線。另一方面，羅馬將為我們提供“大圖景”。它將補充其他從地面運行的大星系調(diào)查，如DESI或即將到來的薇拉·魯賓天文臺。
南希·格蕾絲·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡將如何研究暗能量？
Nancy Grace Roman的大部分功能將使其成為研究暗能量本質(zhì)的合適工具。由于其對天空的廣泛覆蓋，該望遠(yuǎn)鏡將在其視野中捕捉到前所未有數(shù)量的星系，以及這些星系在我們宇宙中的分布，這將使我們了解暗能量對大宇宙尺度的影響以及星系的聚集和演化。有了如此廣泛的星系圖，我們就可以恢復(fù)對聲波峰值的可靠預(yù)測。
另一方面，南希·格雷斯·羅曼號將專注于探測紅外信號；因此，它將“看到”目前地面望遠(yuǎn)鏡可能遺漏的星系。此外，望遠(yuǎn)鏡還將觀測到大量超新星Ia(最初導(dǎo)致暗能量概念和宇宙加速膨脹的同類型物體)。最重要的是，它關(guān)于暗能量和宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)將補充其他天文臺的發(fā)現(xiàn)。
南希·格蕾絲·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡會對天文學(xué)產(chǎn)生什么影響？
每一個新的望遠(yuǎn)鏡都提供了關(guān)于暗能量、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和宇宙本身的新信息。這臺望遠(yuǎn)鏡將允許我們獲得一張非常廣闊的紅外星系圖，因此，它們將不僅僅是附近的星系，而是大多數(shù)早期星系，它們的光在到達(dá)羅馬的鏡子之前已經(jīng)傳播了很長時間，因此它們的光將顯示出很大的紅移。
但是Nancy Grace Roman也將解決該學(xué)科中其他有趣的主題，例如系外行星提供了我們銀河系中最大的行星系統(tǒng)普查，以及其他紅外天文學(xué)挑戰(zhàn)，HST和JWST都無法解決，因為他們的視野狹窄。
搜尋系外行星
“羅曼將從兩個方面向我們介紹系外行星。首先，其核心社區(qū)調(diào)查之一旨在檢測小額貸款事件。這些事件是前景物體和背景恒星極其罕見的近乎完美的對齊，這就是為什么我們需要Roman的大視野來監(jiān)測這些罕見的事件，”Johnson解釋道。“前景物體的質(zhì)量以這樣一種方式彎曲空間，它放大了來自背景恒星的光，暫時增加了它的亮度。如果有任何行星繞著這顆透鏡星運行，它們將導(dǎo)致放大倍數(shù)的偏差，這將表明它們的存在。”
根據(jù)美國國家航空航天局JPL(在新標(biāo)簽中打開)的說法，通過使用由質(zhì)量的存在引起的光的微小彎曲，寬視場儀器將對銀河系進(jìn)行調(diào)查，并尋找大約2600顆新的系外行星。
隨著這臺儀器搜索新的系外行星，羅馬日冕儀將調(diào)查幾十個已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的系外行星，對它們進(jìn)行成像，并進(jìn)行光譜(吸收和發(fā)射光和其他輻射)觀察。
當(dāng)光線穿過系外行星的大氣層時，對其進(jìn)行檢查可以揭示構(gòu)成所述大氣層的元素，并可以幫助科學(xué)家檢測分子的存在，如水和復(fù)雜的有機分子，這些分子可能是生命的副產(chǎn)品。
目前的技術(shù)允許天文學(xué)家探測比它們的主恒星暗一百萬倍左右的明亮年輕系外行星，但許多系外行星比它們的恒星暗一億倍或更多。對于“成熟的”氣態(tài)巨行星來說尤其如此，比如太陽系的木星和土星，或者像地球這樣的巖石地球。
“Roman研究行星的第二種方法是使用它的冠像儀，這是第一個基于空間的自適應(yīng)光學(xué)的技術(shù)演示，”Johnson補充道。“這對未來從太空直接對行星成像至關(guān)重要，并為21世紀(jì)40年代搜索生物特征的下一代太空望遠(yuǎn)鏡鋪平了道路。”
羅馬太空望遠(yuǎn)鏡日冕儀將是第一個被送入太空的高性能日冕儀系統(tǒng)，目前的實驗室測試表明，該儀器應(yīng)該能夠探測比其主恒星暗十億倍的系外行星。
這使得Roman成為未來任務(wù)的重要墊腳石，這些任務(wù)旨在對比其主恒星暗100億倍的類地行星進(jìn)行成像和表征。
太空望遠(yuǎn)鏡對決:南希·格蕾絲·羅曼VS詹姆斯·韋伯VS哈勃
雖然比較哈勃太空望遠(yuǎn)鏡、詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡和即將到來的南希·格雷斯·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡的能力是很自然的，但嚴(yán)格來說，這些儀器都不是其前身的替代品，相反，每個望遠(yuǎn)鏡都是為了補充另一個。雖然這三種儀器都是用紅外線觀察宇宙，但它們提供了不同的宇宙視角。
Roman的可見光和紅外光波長覆蓋范圍將跨越0.5到2.3微米，這比該任務(wù)的原始設(shè)計增加了20%。美國宇航局表示這一范圍將使望遠(yuǎn)鏡能夠更好地與哈勃太空望遠(yuǎn)鏡合作，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在紫外光到近紅外光，0.2到1.7微米的范圍內(nèi)觀察宇宙，JWST在近紅外，中紅外和少量可見光，0.6到28微米的范圍內(nèi)觀察宇宙。
Roman的鍍銀鏡與哈勃的主鏡大小相同，但與JWST的鍍金鏡(直徑21英尺(6.5米))相比就相形見絀了。這個由18個六邊形部分組成的巨大鏡子使JWST比哈勃強大100倍，可以看到比哈勃暗100倍的物體，從而可以看到宇宙的更深處。因為光的傳播速度是有限的，這意味著JWST也能比哈勃看到更久遠(yuǎn)的過去。

一張對比南希·格蕾絲·羅曼太空望遠(yuǎn)鏡、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的信息圖。每臺望遠(yuǎn)鏡都是為了互相補充。(圖片來源:NASA)
“比較羅曼和韋伯的最好方法實際上是把他們比作哈勃。“韋伯相對于哈勃的最大優(yōu)勢是它更敏感，可以探測到比哈勃弱100倍的光源，”約翰遜說。“這使得Webb成為一個優(yōu)秀的‘瑞士軍刀’型天文臺，非常靈活，可以觀測從第一個星系到直接成像系外行星的廣泛對象。
“Roman的靈敏度與哈勃相似，但它的視野要寬得多。在一次指向中，羅曼可以觀察到比哈勃一次指向大100倍的天空。這使得羅曼能夠一次觀測數(shù)千個星系，或者在一幅圖像中觀測數(shù)千萬顆恒星。”

羅曼的寬視野儀器的視野比哈勃的最大曝光范圍大100倍。(圖片鳴謝:NASA戈達(dá)德媒體工作室)
美國國家航空航天局估計，羅曼的紅外視覺也應(yīng)該允許望遠(yuǎn)鏡看到宇宙回到它剛剛超過3億歲的時候。盡管根據(jù)美國國家航空航天局的說法，Roman的主要優(yōu)勢在于其視野的大小。
羅曼的寬視野儀器的視野比哈勃的最大曝光范圍大100倍。因此，Roman將生成更大的宇宙圖像，同時匹配哈勃清晰的紅外分辨率。在運行的頭五年里，Roman將拍攝50多倍于哈勃自1990年以來拍攝的夜空。雖然哈勃仍然可以捕捉到羅曼無法提供的東西，高分辨率的紫外線觀測，從而證明即使是這三個“巨型望遠(yuǎn)鏡”中最古老的一個也不會因其前輩而過時。
這將允許羅曼在其寬視野中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，以便哈勃用紅外線跟蹤，并讓JWST獲得更清晰和更深入的圖像。
“將羅馬太空望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)與哈勃和韋伯的發(fā)現(xiàn)結(jié)合起來，可以徹底改變我們對眾多宇宙追求的理解，”美國宇航局說。