罗曼空间望远镜：视野是哈勃的100倍

南希·格雷斯·罗曼空间望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope）的视场比哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope）的红外仪器至少大100倍，使其能够在单次观测中捕捉到相当于100张哈勃质量的图像。 虽然哈勃提供的是宇宙深处的“钥匙孔”视图，但罗曼的宽视场仪单次拍摄的面积可达满月大小的1⅓倍。这种前所未有的规模使得罗曼在投入运行的前五年内巡天的范围将超过哈勃运行三十多年的总和。

NASA目前正准备发射这一下一代天文台，计划最早于2026年下半年从地球启程前往深空。该任务以NASA首位首席天文学家、被称为“哈勃之母”的南希·格雷斯·罗曼（Dr. Nancy Grace Roman）博士的名字命名，专门设计用于解开现代物理学的最大谜团：暗物质和暗能量。通过以全景精度绘制宇宙的大尺度结构，罗曼将提供必要的统计能力，以了解宇宙膨胀为何正在加速，以及不可见物质如何主导星系的形成。

NASA罗曼任务的核心巡天是什么？

核心巡天（Core Survey），正式名称为高纬度宽域巡天（High-Latitude Wide-Area Survey），是一项主要的观测计划，将使用南希·格雷斯·罗曼空间望远镜绘制横跨5000平方度天区的数亿个星系图。 该巡天仅需1.5年即可覆盖约12%的天球，它结合了高分辨率成像和光谱分析，以追踪数十亿光年范围内的宇宙膨胀和暗物质分布。

为了获得遥远宇宙最清晰的视野，该巡天将从尘埃弥漫的银河系平面向“上”和向“外”探测。这种高纬度观测方法确保了来自遥远星系的光线不会被局部的星际碎片所遮挡。据Dartmouth College教授、巡天设计委员会联席主席Ryan Hickox介绍，该任务将生成宇宙的深度3D图像。这些三维数据不仅让研究人员能够测量星系的位置，还能测量它们的距离，从而提供一份关于宇宙如何从婴儿期演变至今的历史记录。

为什么罗曼被称为“终极巡天望远镜”？

NASA的罗曼任务被认为是终极巡天望远镜，因为它弥补了宽视场地面巡天与高分辨率深空空间望远镜之间的空白。 它可以在单个超深场中捕捉数百万个星系，生成的地图如果使用其他望远镜则需要几个世纪才能完成。这种效率使得在天体物理学中以前所未有的统计规模研究暗物质和宇宙加速成为可能。

罗曼将产生的数据规模很难用传统指标来衡量。Ohio State University天文学教授David Weinberg指出，即使是单张罗曼图像，也需要一整面由4K电视组成的墙才能以全分辨率显示。若要同时显示整个高纬度宽域巡天，则需要50万台4K屏幕——其显示面积足以覆盖优胜美地国家公园（Yosemite National Park）酋长岩（El Capitan）的绝壁。这一庞大的数据集对于识别揭示不可见力量存在的宇宙网微妙模式至关重要。

通过引力透镜破解暗黑宇宙

弱引力透镜是罗曼用于“称量”宇宙不可见成分的主要工具之一。由于暗物质既不发射也不反射光，只能通过它对可见物体的引力影响来检测。当来自遥远星系的光穿过不可见质量的聚集区时，该质量产生的引力会扭曲时空，像哈哈镜一样使星系的外观变形。通过分析数百万个星系的这些微妙扭曲，罗曼将绘制出一幅宇宙隐藏支架的高分辨率地图。

这种“称量阴影”的过程让科学家能够观察暗物质如何随时间聚集。如果暗能量（驱动宇宙加速膨胀的神秘力量）比当前模型预测的更强，它就会通过更快地推开物质来阻碍这些团块的生长。罗曼在宇宙历史的不同时代观察这种引力与暗能量之间“拉锯战”的能力，将为确定暗能量是空间的恒定属性还是随时间变化的动态场提供关键证据。

Ia型超新星在测量膨胀中的作用

标准烛光，特别是Ia型超新星，将补充透镜数据，从而提供对宇宙膨胀率的精确测量。由于这些恒星爆炸具有已知的固有亮度，它们从地球上看去的表观亮度可以告诉天文学家它们究竟有多远。通过测量数千颗此类超新星的红移，罗曼将以比现有仪器高十倍的精度重构宇宙膨胀史。这份历史记录对于理解Weinberg所描述的“物理学中最大的谜团”——宇宙加速——至关重要。

• 成像： 捕捉3亿个星系的形状和位置。
• 光谱分析： 测量数百万个星系的化学组成和距离。
• 时域： 监测天空中的瞬变事件，如超新星。
• 分辨率： 在宽视场内保持哈勃级的清晰度。

扩大普查范围：系外行星与恒星考古学

引力微透镜将使罗曼任务能够对我们银河系内的行星进行大规模普查，包括那些远离其母恒星的行星。虽然该巡天的主要目标是宇宙学，但同样的宽视场数据将捕捉到罕见的事件，即前景恒星或行星的引力充当后方更遥远恒星的放大镜。这项技术对类似于木星或土星的“冷”行星，以及在空间中流浪而没有母恒星的流浪行星非常敏感，从而提供了银河系行星统计的完整图景。

此外，罗曼还将作为恒星考古学的工具，研究邻近星系中的恒星族群。通过分辨各种星系环境中的单颗恒星，天文学家可以拼凑出星系的生命周期和恒星形成的历史。这种广泛的能力确保了来自高纬度宽域巡天的数据将被数千名来自天文学各个子领域的研究人员所使用，从研究最小褐矮星的学者到调查宇宙最大超星系团的学者。

结论：发现的新纪元

南希·格雷斯·罗曼空间望远镜将从根本上改变我们对目前仪器无法看到的95%宇宙的理解。 虽然詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）旨在极尽细节地缩放特定目标，但罗曼提供了寻找这些目标并理解它们在宇宙网中位置所需的“大局观”背景。这些天文台与地面设施（如薇拉·鲁宾天文台）之间的协同作用将开启宇宙学的黄金时代。

随着该任务即将在NASA’s Kennedy Space Center发射，科学界正准备迎接数据的洪流。“终极巡天”不仅仅是一个绰号，它代表了向大数据天文学的转变，届时将同时追踪数十亿个物体。在主要任务结束时，罗曼将提供确定的宇宙地图，有可能解开暗能量之谜并揭示宇宙黑暗面的真实本质。