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NASA罗曼太空望远镜将以韦伯和哈勃无法做到的方式揭示宇宙
"它拍摄的图像将如此之大，以至于现存的任何屏幕都无法完整显示。"
来源:Space.com: NASA，太空探索和天文新闻即使你不是那种经常关注最新太空图像的人，在生活中（尤其是在互联网上）也很难不遇到几张。试着选一张新的iPhone壁纸，你会有一堆清晰的灰色月球肖像可供选择。看一集老版《星际迷航》剧集，你可能没有意识到飞船窗外那些半透明的星云有多少是基于真实的、坚实的数据。
在太空方面，我们被宠坏了。距离我们数光年之遥的令人难以置信的天体已经融入我们的日常生活——尽管我们距离理解宇宙的真正本质还有一段距离，但我们也比以往任何时候都更接近。这在很大程度上要归功于我们的太空望远镜舰队有多么完美。在几秒钟内，你可以找到哈勃太空望远镜深场图像，其中发光的星系沿着时空曲率扭曲，以及詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的来自宇宙黎明后不久的奇怪朦胧红色天体的图像。
此外，令人非常兴奋的是，这支舰队还在不断壮大。事实上，很快，一个新的太空望远镜将从NASA位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心发射。它被称为南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜，它应该能够在我们生活的天文学层中解锁一个新的层次。它将向我们展示新型图像，揭示新型数据，并引导我们走向我们可能还不知道可行的方向。
罗曼是什么？
简而言之，南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜是一个长约42英尺（12.7米）的圆柱形金属天文台，计划于8月30日搭载SpaceX猎鹰重型火箭从我们的星球升空。
在为期五年的任务中（如果一切顺利，可延长至十年），罗曼计划使用两种强大的仪器——宽场仪器和日冕仪——对大片宇宙进行成像并解决一些关键问题。它将帮助科学家探测暗物质和暗能量的奥秘，直接对近处和远处的系外行星成像，目睹大量恒星在巨大的超新星中爆炸等等。
但无论这种想法是否公平，我们很难不将这台太空望远镜的规格与其他一些将宇宙带入我们日常生活的望远镜进行比较。对于目前的两大主力——詹姆斯·韦伯太空望远镜和哈勃太空望远镜——尤其如此。
罗曼能做什么是这两者做不到的？
罗曼 vs. 哈勃
首先，罗曼相对于哈勃的最大优势之一是它的处理能力。
从数字上看，这意味着哈勃在其大约35年的服役生涯中迄今已收集了约400太字节的数据。而罗曼预计每年就能产生500太字节的数据。
“它的巡天能力比哈勃快超过1000倍，单张图像可以覆盖比哈勃多200倍的天空，”NASA局长Jared Isaacman在4月关于罗曼的新闻发布会上说。“哈勃需要2000年处理的工作，罗曼可以在一年内完成——它拍摄的图像将如此之大，以至于现存没有任何屏幕足够大来显示它们。”
罗曼的主镜约7.9英尺（2.4米）宽，实际上与哈勃的主镜尺寸相同。主镜可以说是太空望远镜最重要的方面，因为它是天文台收集来自宇宙光线的方式。更大的镜子可以收集更多的光，这使得它们能够看到更暗或更远的天体。有趣的是，罗曼的主镜也比哈勃的轻约80%。罗曼也有一个次镜，直径略小于2英尺（0.5米）。哈勃的次镜非常相似，宽度正好为12.2英寸（0.3米）。
然而，即使罗曼的镜子与哈勃的如此相似，由于罗曼的处理能力以及其WFI的能力，它能够成像的天空范围比哈勃广阔得多。
虽然罗曼确实像哈勃一样具有一定可见光能力，但WFI专门针对红外光——实际上是与JWST工作的那种光，我们稍后会谈到那台望远镜的比较——所以我们应该将其与哈勃的红外仪器进行比较。WFI的视场比哈勃红外仪器的视场大约大100倍。
据NASA称，这种视野将允许罗曼在其服役期间测量来自10亿个星系和数十亿个其他宇宙现象的光。
“两个天文台都将进行光谱学分析，”NASA解释说，“这涉及将光分成单独的颜色以研究揭示详细信息的模式。但罗曼的光谱研究将在大面积上具有较低的分辨率，而哈勃的在小面积上具有较高的分辨率。”
这个概念实际上总结了这两个望远镜之间的区别，并且事实上预示了我们即将讨论的关于JWST的内容。
罗曼 vs. JWST
罗曼太空望远镜与JWST的主要相似之处在于那些红外光护目镜。
与可见光不同，红外光对人眼是不可见的。你可以把它更多地想象成热信号。例如，消防员在燃烧的建筑物外部使用红外追踪器来查看火源可能在内部的位置。在天文学方面，红外光是无价的——这就是为什么JWST强大的红外能力使其比哈勃更具优势。
红外光在天文观测中的作用与光在宇宙中传播的方式有关。当来自遥远太空区域的光向我们移动时——穿过一个不断膨胀的宇宙——那些光波长从紧凑的、偏蓝的拉伸成较长的、偏红的。最终，波长拉伸到电磁光谱的红外区域，这是我们肉眼无法看到的光谱部分。此外，任何在我们视线中隐藏在浓密星际尘埃或气体云后面的物体，只能通过它们的红外发射被看到。
这意味着非常、非常遥远的天体以及太空中隐藏的物体对我们来说几乎是不可见的，隐藏在光谱的红外部分。因此，我们需要红外解码器，如JWST的工具套件或哈勃的红外仪器，来揭示它们。
JWST在这方面已经取得了绝对进展，向我们揭示了宇宙早期年代的奇特天体，不断打破自己发现的最遥远星系的记录，并通过其红外滤镜改造了哈勃的肖像，如壮观的创生之柱。它甚至通过清晰的海王星脆弱、常被遗忘的环和土星巨大、明亮的环，让我们重新认识了我们自己的太阳系。
在镜子方面，JWST标志性的金色主镜由18个六边形部分组成，横跨美丽的21英尺4英寸（6.5米），比罗曼的大得多。这意味着JWST能收集的光比罗曼多得多，这很有道理，因为它被设计用来尽可能深入地观察古老的宇宙。
但JWST的不足之处在于，你猜对了，它的视场。这是有意为之。JWST的全部意义在于以高度狭窄的视野刺入宇宙，以便对其所观察的任何目标获得高分辨率。罗曼肯定不会获得同样的分辨率，因为它的图像将比JWST的浅，但其WFI将看到比JWST能看到的大50倍的区域。
需要明确的是，确实有其他巡天望远镜能够一次成像大量天空，但罗曼的版本预计将具有更高的清晰度。例如，地面鲁宾天文台因其每40秒扫描一片新天空所能收集的海量数据而具有革命性。然而，鲁宾在地面上。太空望远镜位于地球大气层之上，因此需要过滤的大气干扰更少。这使得观测效果好得多。
好了，在这一点上你可能已经明白了故事的主旨：罗曼的覆盖深度比哈勃和JWST浅，但极其宽广。那么，这种巨大的视野有什么好处呢？
罗曼的前景
一次性对宇宙大量区域成像之所以至关重要，是因为宇宙中的事件是同时发生的。一端的超新星可能值得关注，但在宇宙另一端嗡嗡作响的短暂快速射电暴同样值得研究。然而，在狭窄的视野下，你必须选择放大哪个目标。而且，如果你不确定哪些目标甚至是可以选择的，当你在用高分辨率仔细研究一个古老黑洞时，你肯定会错过隐藏在50帧左右之外的更古老的黑洞。
有了罗曼，科学家们不必对扫描天空的哪些部分进行如此选择性。罗曼的设计使其能够同时捕捉超新星、快速射电暴、黑洞辐射和扭曲的星系候选体。例如，NASA解释了罗曼将如何用其红外视野发现碰撞的中子星——密度大到一汤匙相当于珠穆朗玛峰重量的恒星残骸。JWST由于其隧道视野，很可能永远不会遇到这样的事件。
当然，罗曼将无法像JWST或哈勃——或者其他几个望远镜，如SPHEREx或欧几里得——那样对这些天体进行深度成像，但它将能够注意到这些天体的存在。
下一步将是让其他望远镜之一对这些目标进行后续观测。你可以把罗曼想象成创建宇宙中热点位置的谷歌地图，JWST、哈勃或其他望远镜可能有一天会想要研究这些热点。
大视场意味着大科学
此外，在如此短的时间内捕捉数十亿天体的信息将能够支持特定类型的研究，例如寻找暗物质和暗能量的真相。尽管暗物质和暗能量总共约占宇宙内容的95%，但它们对我们来说是不可见的。然而，我们知道暗能量存在，因为它似乎施加了加速宇宙膨胀的力量，我们知道暗物质存在，因为它似乎是围绕星系的胶水，防止它们像旋转得太快的旋转木马上的马一样散开。
这意味着一次成像大量星系可以让科学家更好地了解暗宇宙与我们普通宇宙之间的这些相互作用是如何进行的。罗曼还将能够创建宇宙的三维延时“电影”，并为科学家提供机会，了解其他观测如何适应那个画面。
如果不提及罗曼的另一台仪器能做什么，那也是失职：日冕仪。该望远镜的日冕仪实际上是独一无二的。你可以把它想象成一种特殊的人工日食，它将原本会被明亮星光遮挡的天体带入视野。目前服役的其他太空天文台都没有能力像罗曼使用日冕仪那样直接对系外行星成像。解释这台仪器的惊人复杂性需要另一整篇文章——你肯定可以期待很快看到——但通过基础知识，该工具将屏蔽遥远恒星的眩光，然后测量它们周围光的偏振，以帮助科学家梳理出围绕那些恒星运行的系外行星。
据NASA称，罗曼的日冕仪将能够探测到比其恒星暗1亿倍的行星。这种能力比现有太空日冕仪好约100到1000倍。这将使科学家有机会研究比我们目前所能看到的更暗淡、更冷、更远、更难以捉摸的太阳系外行星。
考虑到所有这些，有一个重要的概念需要记住。
当JWST于2022年首次投入使用时，每个人（包括我）都开始将其与哈勃进行比较，并将其视为哈勃的升级版。这很难避免，尤其是当闪亮的新望远镜传出的图像如此华丽时。但“升级”与事实相去甚远。JWST只是不同而已。令人印象深刻，当然，但不同。目标是让所有这些望远镜协同工作，每一个都给我们一张探索宇宙的新页面。把所有的页面堆叠起来，你就会得到完整的画面。
罗曼将只是给我们提供一张令人惊叹的新页面。