NASA 的 Nancy Grace Roman 太空望遠鏡距離發射僅剩兩天，標誌著繼詹姆斯·韋伯太空望遠鏡之後，NASA 下一個旗艦級天文物理任務的到來。亞利桑那大學的教職員和學生將在卡納維爾角關注 Roman 開始其科學觀測的旅程，預計將於 2027 年 1 月啟動。

與旨在深入研究宇宙相對較小區域的韋伯不同，Roman 的設計目的是快速 survey 廣闊的宇宙區域。兩台觀測儀都能偵測紅外線，使天文學家能夠比較和結合他們的觀測。結合使用這兩項任務，可以比單獨使用任何一台望遠鏡揭示更多關於宇宙的資訊。

擁有與哈伯太空望遠鏡相同直徑 7.9 英尺的主鏡，Roman 配備了兩個主要的科學儀器。其日冕儀將阻擋和過濾恆星的光線，以便天文學家研究系外行星及其周圍的盤狀結構。其廣域儀的設計靈敏度與哈伯的相機相當，但成像面積卻大 100 倍。

在超過 30 年的時間裡，哈伯觀測了約 0.1% 的夜空。相比之下，Roman 有潛力以相同的解析度 survey 整個夜空。

如此寬廣的視野將使 Roman 能夠發現近地和遙遠宇宙中的稀有天體。科學家預計它將捕捉到垂死恆星、新發現的世界、星系團以及許多其他目標。亞利桑那大學的研究人員將為 Roman 的幾個主要科學領域做出貢獻。

Roman 的主要科學目標之一是研究暗物質和暗能量，這兩種神秘的成分佔據了宇宙近乎全部的質量。暗物質產生引力但不發光，而暗能量則與宇宙加速膨脹有關。

NASA 選定了亞利桑那大學的亞利桑那宇宙學實驗室，以支持兩項旨在更好地理解這些現象的努力，包括一個廣域科學團隊和一個專案基礎設施團隊。

天文學和物理學教授 Elisabeth Krause 領導著廣域科學團隊「Roman 太空望遠鏡的運動學透鏡效應」。該團隊獲得了 200 萬美元的資金，用於開發一種稱為運動學透鏡效應的宇宙學測量技術。

透過結合 Roman 的影像和光譜測量，研究人員希望以前所未有的精度研究暗物質和暗能量。

亞利桑那大學的另一個團隊將在多機構專案基礎設施團隊「利用 Roman 高緯度成像 survey 最大化宇宙學研究」中發揮主導作用。天文學和物理學教授 Tim Eifler 領導著負責解釋 Roman 宇宙學觀測結果的工作組。

將星系 survey 轉化為宇宙地圖

Roman 將識別出各種距離的星系，確定它們的位置，並測量它們的特徵。天文學家將利用這些觀測結果建立大型目錄，然後應用物理模型來確定這些目錄揭示了關於宇宙結構和演化的哪些資訊。

這些計算需要強大的計算能力。NASA Roman 專案授予 Eifler 的實驗室 80 萬美元的計算資源，這些資源將成為預計於今年秋季到貨的新大學高性能計算系統的一部分。該實驗室還將在五年內獲得另外 240 萬美元的資金來進行科學研究。

Eifler 表示：「這些基礎設施將使我們能夠從目錄走向宇宙學解釋。我們將能夠確定宇宙中有多少暗能量和暗物質。」

Eifler 還擔任宇宙學小組的聯合主席，該小組在全球擁有 1,000 多名科學家。

他表示：「能夠匯聚社群並圍繞這個科學案例組織我們，真是太棒了。這確實是一份夢寐以求的工作。」

Roman 的日冕儀將使用掩膜、稜鏡、探測器、濾光片和自適應鏡頭來展示抑制恆星光線的技術。透過減少主恆星壓倒性的眩光，天文學家可以直接成像那些原本極難看到的近距離行星和盤狀結構。

直接成像代表了系外行星科學向前邁出的重要一步。幾乎所有已知的系外行星都是間接發現的，包括透過偵測行星從前方經過時恆星亮度略微下降的方法。

Roman 的日冕儀將透過阻擋恆星的眩光來幫助天文學家搜尋行星。該儀器預計將偵測到比其主恆星暗 1 億倍的行星，其性能比現有的太空日冕儀好 100 到 1,000 倍。

天文學副教授、日冕儀觀測規劃工作組負責人 Schuyler Wolff 表示：「這將是未來 Habitable Worlds Observatory 的關鍵探路者，Habitable Worlds Observatory 是一項推薦的望遠鏡，專門用於搜尋其他太陽系中生命的跡象。」

準備 Roman 的系外行星觀測

月球與行星實驗室主任 Mark Marley、天文學副教授 Ewan S. Douglas、Steward 天文台助理研究教授 Ramya Anche 和天文學博士後研究員 Justin Hom 也協助開發了日冕儀。他們將透過觀測規劃工作組參與未來的科學研究。

Marley 與 LPL 副教授 Ty Robinson 和 LPL 博士後研究員 Zarah Brown 將利用日冕儀的數據研究太陽系外行星的大氣層。

Brown 一直在對自發光巨行星的氣候和光譜進行建模。這些行星通常年輕且足夠熱，能夠發出自己的熱紅外光。

該模型預測了每種天體應產生的溫度、成分、雲層以及紅外光譜。這些預測尤其重要，因為其中大多數行星以前從未在這些波長下被觀測過。

Brown 表示：「預測的光譜對於規劃至關重要。Roman 的日冕儀處理的是極其微弱、高對比度的目標，因此團隊必須安排足夠的觀測時間來偵測候選目標，同時又不浪費任務有限的時間。」

Anche 的團隊正在研究系外行星系統的結構，而 Hom 則領導著識別用於校準日冕儀的最佳恆星的努力。Hom 還領導著地面望遠鏡的先導觀測計畫，這項工作對於確認哪些目標應被選為未來 Roman 科學計畫至關重要。

Roman 科學觀測將於 2027 年 1 月開始

一旦 Roman 於一月開始科學觀測，其數據將提供給整個科學界的が研究人員。

亞利桑那大學將領導九項 NASA 批准的 Roman 數據調查，獲得超過 200 萬美元的資金。研究人員將利用這些觀測結果來研究額外的課題，包括超大質量黑洞、引力透鏡、星系形成、再電離和宇宙塵埃。