史上最大的紅外線數位攝影機及其科學伴侶——一個最初為間諜衛星設計的巨大鏡面,在 NASA 最新旗艦望遠鏡完美發射後,現已安全進入軌道。
耗資 43 億美元的南西·葛蕾絲·羅馬太空望遠鏡(Nancy Grace Roman Space Telescope)於當地時間今日上午 7:35,搭載 SpaceX 火箭,從佛羅里達州的甘迺迪太空中心發射升空,並即將前往其最終目的地。
這座天文台預計將帶來豐富的發現,從對導致宇宙膨脹的「暗能量」本質的洞察,到對銀河系數百萬顆恆星及其繞行行星的觀測。它以南西·葛蕾絲·羅馬(Nancy Grace Roman, 1925–2018)的名字命名,她是 NASA 的首位首席天文學家,也是該機構多項最具影響力科學計畫(包括哈伯太空望遠鏡)的領導人物。
羅馬望遠鏡是三個互補性天空繪製天文台的最後一個成員。它將加入由美國領導、於 2025 年啟用的智利薇拉·魯賓天文台(Vera C. Rubin Observatory),以及歐洲太空總署於 2023 年發射的歐幾里德太空望遠鏡(Euclid)(見「互補技能」)。這些天文台共同預計將以前所未有的數據量和極其精細的圖像,改變天文學的面貌。
羅馬太空望遠鏡的主鏡比歐幾里德望遠鏡更大。它的視覺也更敏銳,這可以透過一種稱為角解析度的特性來衡量,單位是角秒:數字越小,解析度越高。歐幾里德望遠鏡的視野更大,通常以平方度為單位,描述望遠鏡能看到天空的多少範圍。
在三個天空巡天項目中,羅馬望遠鏡的獨特能力是利用其 300 百萬像素的攝影機頻繁拍攝紅外線的深層圖像——紅外線是光譜中波長略長於人眼可見範圍的部分(見「寬廣的宇宙之眼」)。加州大學戴維斯分校的物理學家 Tony Tyson 表示:「這將是革命性的。」
羅馬望遠鏡的紅外線視覺是關鍵:來自宇宙最遙遠物體的光,經過數十億年的宇宙膨脹,轉變成長的、更「紅」的波長。但大部分紅外線會被地球大氣層阻擋。這意味著對於紅外線天文學來說,太空是最佳場所。
卡內基梅隆大學(Carnegie Mellon University)位於賓夕法尼亞州匹茲堡的天體物理學家 Rachel Mandelbaum 表示,羅馬望遠鏡對紅外線的敏感度,將使其能夠窺探宇宙的深層過去,並觀測到對魯賓或歐幾里德望遠鏡來說難以看到的、高度紅移的星系。羅馬望遠鏡將進行的 3D 星系繪製,使宇宙學家能夠重建宇宙的膨脹歷史(見「寬廣的宇宙之眼」)。
此外,羅馬望遠鏡將成為探測數千個遙遠超新星爆發的引擎,宇宙學家可以利用這些超新星作為標誌,測量宇宙膨脹的速率在數億年間如何變化。這將有助於研究人員了解暗能量的推動力是否均勻——或者是否隨空間和時間而改變。
在離我們更近的地方,該望遠鏡將繪製前所未有的 200 億顆銀河系恆星,包括許多位於星系塵埃密布的中心區域內及之外的恆星,NASA 華盛頓特區的計畫科學家、羅馬計畫的 Dominic Benford 說。塵埃比紅外線更能阻擋可見光。由於羅馬望遠鏡在紅外線成像方面的優勢,「我們可以像以往任何任務一樣,穿透銀河系」,Benford 說。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST),NASA 於 2021 年底發射,也主要是紅外線天文台。但羅馬望遠鏡主儀器的視野可以覆蓋整個月球,而 JWST 的視野則小了 100 倍。通常情況下,羅馬望遠鏡將首先發現超新星等事件,然後天文學家將利用 JWST 和其他天文台進行詳細研究。
最終演變成羅馬望遠鏡的最初構想,始於 1990 年代令人驚訝的發現:由於暗能量的存在,宇宙的膨脹速率並非減慢,而是正在加速。領導該發現的研究人員之一是加州勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawerence Berkeley National Laboratory)的 Saul Perlmutter,他分析了過去 70 億年形成的幾十個超新星的特徵。Perlmutter 和同在勞倫斯伯克利實驗室的物理學家 Michael Levi 提出了一個名為「超新星加速探測器」(Supernova Acceleration Probe, SNAP)的衛星,能夠探測更古老的超新星。這將能更精確地測量暗能量的影響。
在新的 WFIRST 名稱下,該計畫於 2012 年獲得了提振,當時秘密的美國國家偵察局(US National Reconnaissance Office)聯繫 NASA,提供兩架免費的半成品太空望遠鏡,每架都配備了 2.4 米的主鏡——與哈伯太空望遠鏡的鏡面差不多大。NASA 在意識到其寬視野能力(最初設計用於指向地球)正是暗能量任務所需的之後,最終採用了其中一個被閒置的鏡面。