北京时间8月31日前后,NASA迎来了一个重要时刻。

当地时间8月30日清晨,一枚SpaceX“猎鹰重型”火箭从美国佛罗里达州肯尼迪航天中心39A发射台升空,将NASA最新一代大型空间望远镜“南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜”送入太空。

火箭升空几分钟后,两枚可重复使用的助推器分别返回着陆,随后罗曼望远镜与火箭上级分离。

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任务成功。

这台耗资约43亿美元、体型接近一辆公交车的空间望远镜,也由此正式踏上了自己的科学旅程。

它不会马上开始观测。

接下来三个多月,罗曼望远镜将一路飞向距离地球约160万公里的工作位置。那里也是詹姆斯·韦布空间望远镜所在的太阳—地球第二拉格朗日点附近。

等它真正开始工作后,天文学家可能会看到一个与过去完全不同的宇宙。

因为罗曼望远镜最大的本事,并不是“看得更远”。

而是:

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一次看得更宽,而且快得惊人。

这可能听起来有些反直觉。

过去几十年,人类已经拥有哈勃空间望远镜。

后来又有了韦布空间望远镜。

现在再来一台罗曼,难道只是给望远镜家族添了一个新成员?

并不是。

如果把哈勃比作一台非常优秀的长焦相机,韦布更像一台能够看见极其遥远、极其微弱目标的精密红外相机,那么罗曼的优势更接近于一台拥有巨大视野的“宇宙扫描仪”。

NASA给它配备了一台大视场红外相机。

它的灵敏度可以达到哈勃相近的水平,但视野要宽得多。

据任务团队估算,罗曼一次能够覆盖的天空范围超过哈勃100倍。

这意味着什么?

一个非常直观的例子是:

哈勃可能需要大约100年的时间,才能完成罗曼一个月左右的某些银河系观测工作。

罗曼真正想做的,并不是盯着一颗星看很久。

而是快速扫过大片天空,把其中大量以前没有被系统调查过的天体全部找出来。

然后再把那些值得研究的目标交给哈勃、韦布以及地面望远镜进一步观察。

所以,罗曼并不是来取代哈勃和韦布的。

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它更像是负责给它们“找目标”。

NASA科学任务负责人Nicky Fox表示,罗曼望远镜预计能够发现数千颗超新星、数以万计的行星,以及数十亿个星系和数百亿颗恒星。

其中最让人兴奋的,可能是那些极其罕见的目标。

宇宙里真正有价值的东西,很多时候恰恰不是那些最常见的天体。

一颗异常恒星。

一个罕见星系。

一次特殊的超新星爆发。

一颗处在特殊轨道上的系外行星。

这些目标就像宇宙中的“针”。

过去的问题是,天空实在太大了。

你连“针”在哪里都不知道,又怎么研究它?

罗曼要解决的,就是先把整个“草堆”快速扫一遍。

项目高级科学家Julie McEnery对此有一个非常形象的说法:

罗曼将重新定义什么叫做“大海捞针”。

但寻找系外行星只是罗曼任务的一部分。

真正可能改变我们对宇宙认识的,是它对暗能量的研究。

今天我们知道,普通物质只占宇宙很小的一部分。

那些构成恒星、行星、气体云乃至我们身体的原子,并不是宇宙的全部。

还有暗物质。

还有暗能量。

其中暗能量尤其令人头疼。

我们知道宇宙正在加速膨胀,却不知道究竟是什么在推动这种加速。

所以天文学家需要尽可能精确地测量:

宇宙到底膨胀得有多快?

而且不是只测今天。

还要测几十亿年前。

再往前追溯。

只有把不同宇宙年代的膨胀速度拼在一起,科学家才有机会判断暗能量究竟是什么性质。

罗曼的巨大视野在这里就派上用场了。

它能够快速建立规模庞大的星系目录,通过大量宇宙结构数据研究宇宙膨胀历史。

这不是寻找某一种“暗能量粒子”。

而是观察暗能量对整个宇宙留下的影响。

如果未来的数据与目前的ΛCDM模型完全吻合,那么我们对宇宙的理解会得到进一步确认。

但如果出现系统性的偏差,事情就有意思了。

因为这可能意味着:

暗能量并没有我们想象的那么简单。

甚至有可能说明,我们现在描述宇宙膨胀的理论还不完整。

罗曼还有一个非常重要的任务:

寻找系外行星。

但它采用的方式与很多人熟悉的系外行星搜索方法有所不同。

传统方法往往是观察恒星亮度的微小变化。

如果一颗行星从恒星前方经过,它会挡住一部分星光,于是恒星会出现非常轻微的变暗。

这就是著名的凌星法。

罗曼还可以利用引力微透镜寻找行星。

当一颗前景恒星从我们和更遥远恒星之间经过时,它的引力会弯曲后方恒星发出的光。

如果前景恒星周围还有行星,这颗行星也可能在光变曲线上留下短暂的信号。

这种方法特别适合寻找距离恒星较远、质量较小的行星。

也就是说,罗曼有机会发现一些过去很难找到的世界。

而它发现这些行星之后,故事还没有结束。

真正负责“看清楚”的,可能是韦布。

这正是未来这些大型空间望远镜最有意思的协作方式。

罗曼负责:

“这里有一个奇怪的东西。”

韦布负责:

“让我看看它到底是什么。”

这种分工很重要。

因为一台望远镜不可能同时在所有方面做到极致。

罗曼拥有巨大的视野,适合进行大规模巡天。

韦布则拥有强大的红外观测能力,可以对特定目标进行更加深入的研究。

哈勃同样不会退出舞台。

这三台望远镜未来很可能形成一种互补关系。

与此同时,欧洲空间局的Euclid任务以及智利的维拉·C·鲁宾天文台也会加入进来。

它们将从不同波段、不同观测方式和不同尺度,对宇宙进行交叉测量。

最终得到的不是某一台望远镜的宇宙,而是一张越来越完整的宇宙地图。

而罗曼还有一个非常特别的设备。

它携带了一台实验性的日冕仪。

简单来说,就是想办法把恒星本身耀眼的光遮住。

这件事情听起来简单,实际却非常困难。

因为一颗恒星比它周围的行星亮太多了。

如果直接拍摄,行星发出的微弱光芒很容易被恒星的强光彻底淹没。

日冕仪相当于在镜头前制造一个“小日食”,把恒星遮住,然后尝试寻找旁边那些微弱的行星光。

如果技术验证成功,它将为未来直接拍摄系外行星提供非常重要的经验。

这也是罗曼任务的一项实验性质很强的内容。

当然,这台望远镜本身也有一段非常特别的历史。

它以南希·格蕾丝·罗曼的名字命名。

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罗曼是NASA第一位首席天文学家,也是哈勃空间望远镜项目早期的重要推动者之一。

她在1959年加入刚刚成立不久的NASA,此后长期推动空间天文学的发展。

为什么要把望远镜送到太空?

因为地球大气层本身就是一道麻烦的屏障。

大气会吸收、散射和扭曲来自宇宙的光。

想真正看清遥远宇宙,就必须把望远镜送到大气层之上。

罗曼一直坚定支持这一方向。

后来,NASA的科学家Ed Weiler给她取了一个著名的称呼:

“哈勃之母”。

哈勃于1990年升空。

最初它的主镜存在严重缺陷,后来宇航员通过太空行走安装校正设备,才让这台望远镜恢复正常工作。

而有意思的是,罗曼望远镜的主镜直径与哈勃几乎一样,都是约2.4米。

更令人意外的是,这面镜子最初甚至不是NASA专门为罗曼制造的。

它来自美国国家侦察办公室。

十多年前,美国国家侦察办公室向NASA提供了两面原本用于间谍卫星的备用镜面,NASA随后将其中一面改造成了罗曼望远镜的主镜。

也就是说,曾经用于观察地球的技术,最终被改造成了观察宇宙的眼睛。

而现在,这只眼睛终于升空了。

按照计划,罗曼望远镜将在未来几年进行大规模宇宙巡天。

它可能发现数以万计的新世界,也可能找到数千次恒星爆炸留下的痕迹,更可能建立一个规模前所未有的宇宙星系数据库。

但真正让天文学家期待的,并不是这些数字本身。

而是那些现在还不知道存在的东西。

因为宇宙探索最有价值的发现,往往不是验证我们已经知道的答案。

而是发现:

原来我们连问题都问错了。

罗曼望远镜的任务,就是把天空迅速翻一遍。

看看那里究竟藏着什么。

也许是更多系外行星。

也许是新的超新星。

也许是我们从未见过的星系。

甚至可能是一些迫使物理学家重新修改宇宙学理论的异常现象。

如果哈勃让人类第一次真正看清宇宙的壮丽,韦布让我们看到了更加遥远、更加古老的宇宙,那么罗曼承担的任务可能更加“贪心”:

它要一次性看更多。

而当人类第一次拥有这样一张大规模、高精度的宇宙“全景图”时,我们或许才会真正知道,所谓的“暗宇宙”究竟藏着多少秘密。