NASA下一代望远镜正在搜寻打破现代物理学的力量

天体物理学家们正面临一个巨大的难题：宇宙的膨胀速度出现了偏差。当科学家测量早期宇宙的膨胀率时，所得出的数据与现代观测到的结果根本无法吻合。

要么是我们的数学模型存在根本性的缺陷，要么就是有一种未知的动态力量正在积极地扭曲时空结构。为了找出真相，NASA 计划将一台巨大的光学仪器送往距离地球一百万英里的停靠点。

Nancy Grace Roman Space Telescope 计划于 2026 年 4 月由 SpaceX 的 Falcon Heavy 火箭发射升空，其使命是测绘数以亿计星系的位置。如果它发现了任务科学家所怀疑的事实，那么我们可能不得不重写物理定律。

宇宙膨胀率的危机

核心矛盾在于一个被称为哈勃常数（Hubble constant）的指标。它本应准确告诉我们宇宙扩张的速度，但现有的数据却互不兼容。

NASA Roman 任务的高级项目科学家 Julie McEnery 指出，该望远镜正是为了调查这种明显的失配而设计的。通过绘制跨越数十亿年的宇宙网，Roman 将追踪暗能量究竟是一种静态的背景力，还是随时间变化的动态场。

为了实现这一目标，该观测台配备了一面 2.4 米的主镜。其尺寸与久负盛名的 Hubble 望远镜完全相同。然而，Roman 配备了宽视场仪器（Wide Field Instrument），单次拍摄的视场范围是 Hubble 红外相机的 100 倍。

Roman 不会仅仅盯着一小块黑暗区域，而是将进行一场大规模的星系普查。通过对数十亿颗恒星的运动进行编目并监测 Ia 型超新星（Type Ia supernovae），它将追踪时空微小的拉伸现象。

狙击手与测量师

NASA 已经有一台巨大的红外望远镜位于日地 L2 拉格朗日点：James Webb Space Telescope。但这两台机器的制造目的完全不同。

机构官员将 Webb 比作狙击手，而将 Roman 比作测量师。Webb 凝视宇宙的第一缕光，以极窄的视场捕捉微小细节。Roman 则将撒下一张巨大的网，寻找那些可以由 Webb 随后进行近距离考察的稀有天体和原始星系。

由于能够如此快速地覆盖如此广阔的天空，Roman 将产生海量的数据。NASA Goddard Space Flight Center 的项目经理 Jamie Dunn 指出，该望远镜本质上将传回一部深空宇宙的连续高清电影。

阻挡十亿分之一的强光

除了绘制暗能量地图，Roman 还旨在寻找类地岩石行星。它将利用引力微透镜（gravitational microlensing）效应来实现这一目标——这是一种物理特性，即前景恒星的引力像巨大的放大镜一样，将背景遥远恒星的光线放大。

如果恰好有一颗行星围绕那颗前景恒星运行，就会在光线中产生一个微小且独特的闪烁。这让天文学家能够发现那些在类似我们太阳系的距离上运行的行星——这正是目前系外行星目录中的一个巨大盲区。

该望远镜还携带了一台高度实验性的日冕仪（coronagraph）。该仪器旨在从物理上阻挡主星十亿分之一的强光，从而暴露出轨道上气态巨行星极其微弱的反射光。

如果日冕仪成功运行，它将作为即将推出的 Habitable Worlds Observatory 的重要概念验证，该未来任务的目标是寻找遥远系外行星上存在生命迹象的化学信号。

打破旗舰项目魔咒

大型空间观测台历来饱受数十年延期和数十亿美元超支的困扰。然而，Roman 目前正按计划提前进入其发射窗口。

NASA 科学任务部负责人 Nicky Fox 将其归功于严格的“设计到成本”（design-to-cost）方法和持续的资金支持，从而避免了旗舰项目建设中常见的开发噩梦。

该任务以 Nancy Grace Roman 的名字命名，她是 NASA 第一任首席天文学家。她被广泛誉为“哈勃之母”，在 20 世纪 60 年代和 70 年代致力于推动首批大型望远镜的发射。五十年后，一台以她名字命名的望远镜或许就能弄清楚宇宙到底是由什么构成的。

来源

• NASA Goddard Space Flight Center
• NASA Science Mission Directorate