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NASA 的「超廣角」太空望遠鏡上天了,5 年要掃描 10 億個星系

2026年09月01日 首頁 » 熱門科技

NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系

一枚獵鷹重型火箭NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系從佛羅里達州甘迺迪航天中心 39A 發射台升空。

由它送上太空的,是 NASA 自韋布空間望遠鏡NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系後最重要的新一代旗艦太空天文台——南希·葛蕾斯·羅曼空間望遠鏡NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系(Nancy Grace Roman Space Telescope)。

NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系

接下來三個月,它將飛向距離地球約 150 萬公里的日地第二拉格朗日點NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系(L2),與已經在這工作了四年多的韋布望遠鏡成為彼此遙望的「同事」。

和主鏡達到 6.5 米、能看見更暗、更遠天體的韋布望遠鏡不同,羅曼望遠鏡的主鏡口徑和靈敏度實際上更接近老前輩哈勃望遠鏡。

只不過,它以接近哈勃的靈敏度,將視野擴展到了哈勃的百倍之廣。

NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系

發射前,羅曼項目高級科學家 Julie McEneryNASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系 已經用幾個數字概括了它的宏願:

在任務最初五年裡,它預計將發現超過 10 萬顆系外行星,觀察數億顆恆星和數十億個星系。

如果說從前的空間望遠鏡是「從鑰匙孔里看宇宙」,那羅曼要做的,就是依靠大視野做一場大規模「星口普查」。

一次看見百倍天空

羅曼的主鏡直徑為 2.4 米,和 1990 年升空的哈勃幾乎完全相同,兩台望遠鏡的紅外靈敏度也比較接近。

但在主鏡後面,羅曼裝上了只屬於這個時代的「超大底」。

它的主相機名為「寬視場儀器NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系」(WFI),傳感器部分把 18 塊 H4RG-10 紅外探測器NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系排成了 6×3 的弧形陣列,每塊探測器擁有約 1680 萬個像素、面積接近普通全畫幅傳感器的兩倍。

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拼在一起,有效感光面積相當於並排放下約 35 塊全畫幅傳感器,總計超過 3 億個物理像素。

「大底」之外,還有「超廣角鏡頭」。

羅曼的光學系統採用三塊曲面鏡組成的「三鏡消像散NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系」結構,把有效焦距壓縮到哈勃的大約三分之一,同時校正大視場邊緣容易出現的像差,由此創造出一片寬廣得多、但邊緣仍然清晰的像場。

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兩套系統配合的結果是,羅曼的有效視野可以達到哈勃的 100 倍。

同樣面對一片深空,哈勃需要分別對焦每個區域,再將拍攝結果像拼圖一樣拼接起來;而羅曼可以一鏡直出、一次成像,將廣闊空間盡收眼底。

用哈勃那張著名的「創生之柱」照片來對比,就能直觀地看出兩台望遠鏡的視場差異(中間小方塊為哈勃視野):

NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系

超大視野決定了,羅曼能以最高相當於哈勃約 1000 倍的速度巡天(掃描天空)。

NASA 預計,羅曼望遠鏡最初五年拍下的天空面積,能達到哈勃前三十年累計總和的 50 倍。

除了巡天的「主業」,羅曼還捎上了一台日冕儀NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系。它會利用遮罩、可變形反射鏡和傳感器壓低恆星的強光,嘗試直接拍攝到被恆星光芒掩蔽的暗淡行星。

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這仍是一項技術驗證,卻可能為未來直接尋找類地行星的望遠鏡鋪路。

為宇宙描畫地圖

羅曼望遠鏡得名於 NASA 第一位首席天文學家。

上世紀六七十年代,正是南希·葛蕾斯·羅曼推動 NASA 建立太空天文觀測計劃、爭取經費、組織科學家,也為後來改變人類宇宙觀的哈勃望遠鏡打下了基礎。

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2020 年,NASA 以她的名字命名了這台籌備多年的新望遠鏡。

半個世紀前,她說服人們把望遠鏡送到大氣之外;半個世紀後,一台空間望遠鏡帶著她的名字升空。

這是獨屬於太空時代的浪漫。

一如名字的傳承,哈勃、韋布和羅曼幾代空間望遠鏡之間也存在一種傳承關係。但工程師沒有讓後來者完全替代先行者,而是在功能上做了微妙的區分:

哈勃可以從紫外線一路看到近紅外波段;韋布擁有碩大無朋的主鏡,能看見更暗、更遠、更古老的天體;羅曼則捨棄了紫外和中紅外波段,將資源置換為巨大視場和巡天速度。

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在實際運行中,幾台望遠鏡原則上可以分工合作——

羅曼先巡視大片天空,發現罕見星系、爆發中的恆星和此前未知的行星;隨後,哈勃和韋布再把鏡頭對準其中最值得追蹤的目標,辨認它們的結構、成分與來歷。

反過來說,羅曼也能把哈勃、韋布看到的一小片深空,放回到更大的宇宙環境中觀察。

根據羅曼望遠鏡的巡天計劃,它將會朝著銀河系塵埃較少的方向觀測超過 10 億個星系,但真正的重點是暗物質NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系——

暗物質本身不會發光也無法直接觀察,但它的引力會使得遙遠星系的圖像產生極其細微的扭曲。羅曼望遠鏡可以從數億個星系的「變形」中,重建出暗物質的NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系宇宙中的分布,並推測出暗能量如何影響宇宙。

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另一項任務,則是長時間盯著銀河系中心最擁擠的區域反覆拍攝。

當兩顆恆星前後排成一線時,前景恆星的引力會把後方恆星的光扭曲,而如果前景恆星旁邊還有行星,行星引力就會在光變曲線中留下一道短促的異常痕跡。

這種方法,讓羅曼有機會找到質量小於火星的小型行星,甚至是那些沒有圍繞任何恆星運行的「流浪行星」。

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這是一場面向天體的「普查」,也讓我們有機會統計銀河系裡各種行星如何分布,了解類地行星和太陽系這樣的結構是否常見、恆星之間又漂浮著多少失去了「太陽」的遊蕩行星。

更大眾的天文學

大視野首先帶來更高效率,同時也改變了天文學發現的方式。

哈勃和韋布的大部分觀測從一個明確問題開始:科學家先挑選目標,再申請寶貴的望遠鏡時間。但羅曼的巡天則會先把大片天空忠實記錄下來,讓來自不同領域的研究者在同一批數據中尋找答案。

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羅曼每天預計傳回約 1.4TB 數據,是迄今 NASA 天體物理任務中單位時間傳輸最多數據的設備。

更值得一提的是,這些資料經過處理後將立即公開,不設專有期。也就是說,全球研究者都有機會參與篩選潛藏其中的特殊信號。

所以,它最重要的發現很可能根本不在一開始的任務清單上。

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這就是大視野和大數據量的魅力。可以肯定,羅曼望遠鏡一定會改變人類對宇宙的了解。但可能連 NASA 的科學家也不會知道,真正的發現藏在何處。

如果接下來的航程和校準一切順利,NASA 預計在 2027 年初,就會公布羅曼的首批圖像。隨著科學觀測展開,各級觀測數據也會陸續進入米庫爾斯基太空望遠鏡檔案庫(MAST),。NASA的超廣角太空望遠鏡上天了5年要掃描10億個星系

我們曾無數次仰望太空,而這一次,人類終於有了一雙足夠寬廣的眼睛。

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