NASA新一代“大型天文台”启程

“要完整显示一张罗曼望远镜最大巡天项目拍摄的单幅图像，需要超过五十万台4K电视屏幕拼接才够。”

耗资43亿美元的NASA南希·格雷斯·罗曼空间望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope），已于昨日从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空，正式开启探索宇宙深处暗能量与暗物质之谜的使命。

NASA的南希·格雷斯·罗曼空间望远镜搭载SpaceX猎鹰重型火箭发射升空。图源：SpaceX

这台望远镜搭载着一枚三亿像素的相机，其核心光学系统脱胎于一面翻新的美国间谍卫星反射镜，堪称NASA新一代“旗舰级”天文台的代表作。

01

—猎鹰重型火箭，发射罗曼飞向深空

发射任务由SpaceX的“猎鹰重型”（Falcon Heavy）运载火箭执行。北京时间8月30日19时26分，这枚由27台煤油发动机提供动力的重型运载火箭从NASA肯尼迪航天中心39A发射台点火升空，划破晨曦冲向大西洋上空。起飞后不久，两枚可回收助推器分离并返回卡纳维拉尔角着陆，随后火箭将罗曼望远镜送入奔向日地L2拉格朗日点的轨道，这一位置距离地球约150万公里，相当于地月距离的四倍。

满载燃料的罗曼望远镜重达约9吨（约2万磅），几乎填满了猎鹰重型火箭的整流罩空间。NASA罗曼任务发射主管丹顿·吉布森（Denton Gibson）表示，这次发射动用了猎鹰重型全部500万磅推力，而火箭表现堪称完美。按照计划，罗曼望远镜还需约三个月才能抵达L2轨道，期间地面团队将对观测设备进行在轨激活与校准，首批科学图像有望于今年年底前对外发布。

02

—一台“脱胎”于间谍卫星的望远镜

这台望远镜以南希·格雷斯·罗曼的名字命名，以纪念这位NASA历史上首位首席天文学家。罗曼是空间天文观测理念的重要倡导者，她在NASA任职期间为哈勃望远镜争取到了科学界与国会的支持，被誉为“哈勃之母”。罗曼于1979年从NASA领导岗位退休，2018年去世。2020年，NASA将当时仍被称为“宽视场红外巡天望远镜”（WFIRST）的下一代旗舰任务正式更名为罗曼空间望远镜，以此致敬。

工程团队历时近十年打造了这台观测设备，其核心是一面直径2.4米（约7.9英尺）的主镜，这面主镜由美国国家侦察局（NRO，负责运营间谍卫星的政府机构）捐赠给NASA，口径与哈勃望远镜的主镜相当。2012年，NASA获得了两台NRO退役的间谍望远镜镜片，科学家很快选定其中一台用于罗曼任务，而NRO是在其某项监视卫星项目取消后，将这些镜片列为“多余资产”转交NASA的；另一台镜片目前尚无明确用途。

这张照片展示了罗曼空间望远镜（Roman Space Telescope）在位于美国佛罗里达州的NASA肯尼迪航天中心进行发射准备工作的场景。

图源：NASA / Sydney Rohde (Rocz)

这面“现成”主镜的意外可用，促使原本仍处于设计阶段的WFIRST项目进行了大规模重新设计，望远镜整体尺寸几乎扩大一倍以容纳这面主镜，观测能力随之提升，但研制成本也随之上升。地面团队还需要重新调整镜片的“光学处方”，并使其适应更低的工作温度。罗曼望远镜首席项目科学家朱莉·麦克纳里（Julie McEnery）坦言，这绝非简单的“即插即用”。罗曼任务已于2020年通过NASA确认评审，此后研制进度始终保持在预算内，且快于预期。

03

—观测速度是哈勃的千倍

NASA科学任务理事会负责人尼基·福克斯（Nicky Fox）将罗曼望远镜形容为“天文望远镜中的瑞士军刀”。它计划巡天覆盖12%的天区，这一比例听起来不算高，但已远超哈勃望远镜在轨36年间累计观测的0.1%。

福克斯表示，凭借宽广的视场与极高的巡天速度，罗曼在整个任务周期内预计将发现数万颗新行星、数十亿个星系、数千颗超新星以及数百亿颗恒星，观测速度约为哈勃望远镜的1000倍，换言之，哈勃需要一个世纪才能完成的工作量，罗曼一个月即可完成。

04

—探寻暗能量与暗物质的真相

宇宙学家们尤为期待罗曼望远镜能为“暗能量”研究带来突破。根据现行宇宙标准模型，这种看不见的力量占据宇宙总质能约70%，正是它推动着宇宙加速膨胀；暗物质占比略高于四分之一；剩余部分才是人类可见、可触摸的普通物质。麦克纳里指出，标准模型本身也可能存在错误，而罗曼望远镜有望带来的种种发现，或将印证当前一些“标准模型并不完全正确”的线索，从而为科学家指明修正方向。

麦克纳里介绍，仅一个月的罗曼观测数据，就有望巡测银河系，探测到银河系内多达一半恒星，这本身就将形成一份规模远超现有任何天体目录的庞大星表。她表示，罗曼的主巡天项目将持续一年以上、体量极为庞大：要完整呈现这次最大规模巡天所拍摄的单张图像，需要逾50万台4K电视屏幕拼接展示，其覆盖面积相当于纽约曼哈顿45个街区，或足以铺满优胜美地国家公园的酋长岩（El Capitan）。

罗曼望远镜之所以拥有如此“开阔”的视野，得益于其搭载的“宽视场仪器”（Wide Field Instrument），这台近红外相机单次成像范围比满月视直径还要大，使罗曼能够描绘星系团、大尺度物质纤维状结构等宇宙“网状”结构。福克斯打了个形象的比方：如果说哈勃与韦布望远镜此前是透过“钥匙孔”窥视宇宙，那么罗曼望远镜将直接“踢开大门”。她强调，罗曼并非只是把哈勃、韦布已做过的工作做得更快，而是能开展二者都无法完成的、全新维度的科学研究；未来哈勃、韦布与罗曼三大旗舰望远镜的观测数据相结合，将为人类描绘一幅更完整的宇宙图景。

05

—日冕仪：直接“拍下”系外行星

罗曼望远镜搭载的另一件重要科学仪器，日冕仪（Coronagraph Instrument），被认为是人类迄今送入太空的最精密天文仪器之一，专为直接成像系外行星而设计。该仪器通过遮光罩与大型自适应变形反射镜，屏蔽掉恒星本身的耀眼光芒，从而探测到亮度仅为其“母恒星”一亿分之一的暗弱行星。据NASA介绍，凭借可实时调整“光学处方”的内置反射镜，罗曼日冕仪的探测灵敏度是韦布与哈勃望远镜现有日冕仪的100至1000倍。

罗曼空间望远镜的日冕仪专为直接对系外行星进行成像而设计，是迄今送入太空的最精密天文仪器之一。

图源：NASA / JPL-Caltech

这套系统将帮助天文学家研究比目前已知种类更丰富的系外行星，包括它们的大小、大气成分与结构特征，其技术创新还将为未来仪器的设计提供参考，助力人类最终实现对恒星宜居带内类地岩石行星的直接成像。福克斯表示，罗曼将以可见光直接拍摄遥远的行星世界、尘埃盘与近邻恒星，帮助科学家看清那些比此前所拍到的“炽热年轻木星”更年老、更寒冷、轨道更靠内的巨行星。除直接成像外，罗曼还将采用成熟的“凌星法”探测系外行星，凭借更广阔的视场，预计发现数量将远超以往历次太空任务。

06

—海量数据时代

如此庞大的观测能力，也意味着海量的数据产出。福克斯介绍，罗曼望远镜仅一天的观测数据下行量就高达1.4太字节（TB），相当于一整块游戏主机硬盘的容量。在为期五年的主任务期内，罗曼几乎每天都要向地面传回如此体量的数据，据NASA测算，五年任务周期内累计数据量将达到约20拍字节（PB，相当于2万太字节），而哈勃望远镜自1990年发射至今，累计传回的数据总量也不过略高于400太字节。

为接收如此规模的数据流，NASA和合作伙伴将通过一套独立于“深空网络”（Deep Space Network，该网络目前已超负荷运转）的全球地面站网络与罗曼保持通信。NASA与负责运营罗曼任务的空间望远镜科学研究所（STScI）将把观测数据存入公共数据库，供全球科学家免费查阅使用。为便于处理如此庞大的数据体量，团队还专门开发了一套云端数据平台，天文学家既可直接使用平台内置的分析软件，也可上传自有软件进行数据处理。

罗曼望远镜集成与测试科学家杰里米·珀金斯（Jeremy Perkins）打了个生动的比方：没有任何一个人能够独自看完罗曼望远镜观测到的所有恒星、星系与奇异天体，这就好比没有人能把喜欢的音乐流媒体平台上所有歌曲都听一遍，必须依靠算法等手段，才能从海量数据中“淘”出真正有价值的新发现，罗曼团队未来也将采用类似的方式处理数据。

07

—与哈勃、韦布携手，改写人类宇宙认知

罗曼望远镜是本世纪NASA主导发射的第二个大型天体物理任务，此前一个是2021年发射的詹姆斯·韦布空间望远镜。与韦布历经多年延期不同，罗曼提前近九个月完成研制，赶在NASA承诺的2027年5月发射节点之前顺利升空。NASA局长贾里德·艾萨克曼（Jared Isaacman）评价称，罗曼正是NASA希望在各个项目中复制的成功范例，在预算内提前交付，凝聚了十余年NASA员工与工业合作伙伴的心血；如今，罗曼将带来一份全新的宇宙图谱，拓展人类探索的边界，也证明了雄心壮志与严谨执行力可以兼得。

在这张信息图中突出展示的南希·格雷斯·罗曼空间望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope）的三大主要观测项目，将使天文学家能够以前所未有的方式观测宇宙，揭示散布在广袤时空区域中的数十亿个天体。图源：NASA / 戈达德太空飞行中心

NASA罗曼任务项目经理杰姬·汤森德（Jackie Townsend）表示，当代物理学要理解宇宙的本质，往往依赖大样本统计，而这正是罗曼望远镜的用武之地。以其中一项巡天计划为例，罗曼将在约三周内完成相当于3455个满月大小天区的观测，随后再用五天半时间反复回访其中一小片区域，这种“广域巡天+高频重访”的观测模式，是哈勃与韦布都无法胜任的。汤森德说，团队计划利用罗曼的重复观测数据制作银河系及遥远星系的“三维动态影像”，这在天文观测史上还是头一次。

汤森德将罗曼望远镜的观测精度与哈勃望远镜著名的“超深空场”（Ultra Deep Field）影像相提并论，认为罗曼是把这种“深度凝视”的能力，大规模应用到了相当一部分夜空之中。她表示，正如当年哈勃望远镜对准一片看似空无一物的“黑暗天区”，最终却发现了数十亿个星系，她相信罗曼也会带来同样令人惊叹的“恍然大悟”时刻，在此之前，人类或许根本没有真正理解宇宙的运行方式，直到拥有了如此庞大而精细的数据集。

参考

[1]https://arstechnica.com/space/2026/08/nasas-next-great-observatory-begins-mission-to-widen-our-view-of-the-universe/

[2]https://live.spacedaily.com.cn/roman/