美國宇航局的南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡正準(zhǔn)備通過三項開創(chuàng)性的勘測來揭開宇宙最深的秘密。羅曼的任務(wù)設(shè)計參考了全球一千多名科學(xué)家的意見，將繪制數(shù)十億個星系的圖像，捕捉超新星和黑洞等宇宙現(xiàn)象的動態(tài)變化，并深入銀河系隱秘的中心，尋找流浪行星和恒星殘骸。憑借其全景視野和迅猛的巡天速度，羅曼有望徹底改變我們對暗能量、暗物質(zhì)、星系形成，甚至遙遠世界起源的理解。
羅曼太空望遠鏡是美國國家航空航天局（NASA）的天文臺，旨在揭示暗能量和暗物質(zhì)的秘密，搜尋和拍攝系外行星，并探索紅外天體物理學(xué)的諸多課題。圖片來源：NASA
美國宇航局南?！じ窭姿埂ち_曼太空望遠鏡團隊已完成該任務(wù)三項核心巡天任務(wù)的設(shè)計，這將開啟宇宙探索的新紀(jì)元。這些巡天任務(wù)旨在探究天體物理學(xué)中一些最深奧的謎團，從暗能量、暗物質(zhì)到遙遠世界的形成，最終目標(biāo)是大幅拓展我們對宇宙的理解。
“羅曼計劃旨在對宇宙進行廣泛而深入的巡天，以幫助我們解答暗能量和暗物質(zhì)如何控制宇宙演化，以及太陽系外行星的人口結(jié)構(gòu)等問題，”猶他大學(xué)副教授、羅曼觀測時間分配委員會（ROTAC）聯(lián)合主席蓋爾·扎索夫斯基（Gail Zasowski）說道?！暗滓繕?biāo)是讓這些巡天具有廣泛的吸引力和廣泛的科學(xué)應(yīng)用。它們是由天文學(xué)界設(shè)計的，也是為天文學(xué)界服務(wù)的，旨在最大限度地提升其所能帶來的科學(xué)價值?！?/p>
這張信息圖重點介紹了美國宇航局南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡的三個主要觀測項目，它們可以幫助天文學(xué)家以前所未有的方式觀察宇宙，揭示出散布在浩瀚時空的數(shù)十億個宇宙天體。圖片來源：美國宇航局戈達德太空飛行中心
“羅曼”號擁有清晰的寬視場太空視野，加上其快速的巡天速度，將為天文學(xué)家提供前所未有的宇宙觀測視角。為了確定任務(wù)重點，羅曼團隊邀請科學(xué)界為每項巡天任務(wù)提出研究重點。來自多個機構(gòu)的科學(xué)家組成的委員會審查了這些建議，并協(xié)助制定了三項強有力的巡天計劃。
今年4月，團隊根據(jù)社區(qū)意見最終確定了設(shè)計方案。這三項巡天任務(wù)加起來將占據(jù)“羅曼”號五年主要任務(wù)期間高達75%的觀測時間。剩余時間將留給更廣泛的科學(xué)界在未來提出和開發(fā)的其他項目。
“這些巡天設(shè)計是來自全球350多個機構(gòu)的1000多名科學(xué)家兩年來共同努力的結(jié)晶，”羅曼號在NASA戈達德的高級項目科學(xué)家朱莉·麥克納里說道?！拔覀兒芨吲d能夠聽到這么多人的反饋，他們將在發(fā)射后利用這些數(shù)據(jù)來探索一切，從外太陽系的天體、銀河系中的行星、暗物質(zhì)和暗能量，到爆炸的恒星、不斷增長的黑洞、數(shù)十億個星系等等?！?/p>
隨著所有主要硬件的交付，“羅曼”已進入發(fā)射準(zhǔn)備的最后階段，正在NASA戈達德航天中心進行集成和關(guān)鍵環(huán)境測試?！傲_曼”計劃于2027年5月發(fā)射，團隊正在努力爭取最早于2026年10月發(fā)射。
這張信息圖描述了NASA南?！じ窭姿埂ち_曼太空望遠鏡即將開展的高緯度廣域巡天。該觀測項目包含三個部分，將在不到一年半的時間內(nèi)覆蓋超過5000平方度（約占天空面積的12%）。主要部分覆蓋約2500平方度，進行光譜分析（將光分解成各種顏色以研究揭示詳細(xì)信息的模式）和多重濾光片成像（使天文學(xué)家能夠選擇特定波長的光），以提供精確研究宇宙所需的豐富數(shù)據(jù)集。更寬闊的部分使用單個濾光片覆蓋兩倍以上的區(qū)域，具體來說，覆蓋了南北半球地面望遠鏡都能觀測到的大片區(qū)域。最后一個部分聚焦于一個較小的區(qū)域，以提供更深入的視野，幫助天文學(xué)家研究暗淡遙遠的星系。圖片來源：NASA戈達德太空飛行中心
羅曼規(guī)模最大的巡天項目——高緯度廣域巡天（High-Latitude Wide-Area Survey）——結(jié)合了成像和光譜技術(shù)，揭示了分布在廣闊宇宙時間帶中的超過十億個星系。羅曼的觀測范圍遠離我們銀河系塵埃平面（這正是巡天項目名稱中“高緯度”的含義），他仰望銀河系，而非穿過銀河系，從而獲得最清晰的遙遠宇宙圖像。
羅曼拍攝的巨大的、深層圖像中星系的分布和形狀可以幫助我們了解暗能量的性質(zhì)——這種壓力似乎正在加速宇宙的膨脹——以及羅曼將通過其引力效應(yīng)探測到的不可見暗物質(zhì)如何影響我們宇宙結(jié)構(gòu)的演變。
過去兩年，研究人員一直在探討如何擴大使用同一數(shù)據(jù)集進行研究的科學(xué)課題范圍，包括研究星系演化、恒星形成、宇宙空洞、星系間物質(zhì)等等。
這張信息圖描述了NASA南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡即將開展的高緯度時間域巡天。該巡天的主要部分覆蓋超過18平方度的天區(qū)——相當(dāng)于90個滿月大小——并觀測到大約80億年前發(fā)生的超新星爆發(fā)。巡天中較小的區(qū)域可以探測到更遠的地方，可能追溯到宇宙大約10億年前的時期。巡天將分為南北半球，位于羅曼望遠鏡可以持續(xù)觀測到的天空區(qū)域。巡天的主要部分是羅曼望遠鏡五年主要任務(wù)期間，每五天進行一次30小時的觀測，持續(xù)兩年。圖片來源：NASA戈達德太空飛行中心
羅曼的高緯度時間域巡天系統(tǒng)可以通過反復(fù)觀測宇宙的同一區(qū)域來探索我們動態(tài)的宇宙。將這些觀測結(jié)果拼接起來制作成影像，可以讓科學(xué)家研究天體和現(xiàn)象在幾天到幾年的時間段內(nèi)是如何變化的。
這項巡天可以通過發(fā)現(xiàn)和研究數(shù)千顆特殊類型的爆炸恒星（即Ia型超新星）來探測暗能量。這些恒星災(zāi)難使科學(xué)家能夠測量宇宙距離并追蹤宇宙的膨脹。
“長時間凝視大片天空，還能揭示中子星合并產(chǎn)生的黑洞，以及潮汐瓦解事件——恒星墜入黑洞時釋放的耀斑，”新澤西州新不倫瑞克市羅格斯大學(xué)教授、ROTAC聯(lián)合主席索拉布·賈（Saurabh Jha）說道?！八€能讓天文學(xué)家探索變星體，例如活躍星系和雙星系統(tǒng)。而且，它比大多數(shù)其他太空望遠鏡能夠進行更開放的宇宙探索，為我們解答尚未想到的問題提供機會。”
這張信息圖描述了NASA南?！じ窭姿埂ち_曼太空望遠鏡即將進行的銀河系核球時間域巡天。作為羅曼望遠鏡核心巡天中規(guī)模最小的巡天項目，這項觀測計劃包含對六個區(qū)域（總面積1.7平方度）的重復(fù)訪問。其中一個區(qū)域位于銀河系正中心，其他區(qū)域位于附近——羅曼望遠鏡每年春秋兩季將連續(xù)72天觀測到這片區(qū)域。這項巡天主要包含六個觀測季（羅曼望遠鏡主要任務(wù)初期三個，羅曼望遠鏡主要任務(wù)結(jié)束前三個），在此期間，羅曼望遠鏡每12分鐘觀測一次每個區(qū)域。在任務(wù)期間的其他時間，羅曼望遠鏡也會以較低的強度觀測這六個區(qū)域，這使得天文學(xué)家能夠探測到可能持續(xù)數(shù)年的微透鏡現(xiàn)象，這些現(xiàn)象預(yù)示著孤立的恒星質(zhì)量黑洞的存在。圖片來源：NASA戈達德太空飛行中心
與高緯度巡天不同，羅曼的銀河系核球時間域巡天將向內(nèi)觀測，提供迄今為止對銀河系中心最深的觀測之一。羅曼的清晰分辨率和紅外視野可以讓天文學(xué)家觀察數(shù)億顆恒星，尋找微透鏡信號——當(dāng)中間物體幾乎從背景恒星前方經(jīng)過時，背景恒星光線的引力增強。雖然天文學(xué)家主要發(fā)現(xiàn)了環(huán)繞恒星的行星，但羅曼的微透鏡觀測可以發(fā)現(xiàn)位于其恒星宜居帶及更遠區(qū)域的行星，包括除水星外太陽系中所有行星的類似物。
同一組觀測結(jié)果還可以揭示在銀河系中漂移、不受任何恒星束縛的“流浪”行星、棕矮星（質(zhì)量太輕，無法像恒星那樣通過核聚變自身產(chǎn)生能量的“失敗恒星”）以及中子星和白矮星等恒星殘骸?？茖W(xué)家們還可以通過觀察行星經(jīng)過恒星前方時恒星周期性地變暗（這種現(xiàn)象被稱為凌日現(xiàn)象）來發(fā)現(xiàn)10萬顆新世界。科學(xué)家還可以研究恒星本身，探測百萬顆巨型恒星上的“星震”，這是聲波在其內(nèi)部回蕩的結(jié)果，可以揭示有關(guān)其結(jié)構(gòu)、年齡和其他特性的信息。
羅曼的所有調(diào)查數(shù)據(jù)將在處理后立即公開，不存在獨占訪問期。
“羅曼號前所未有的數(shù)據(jù)將為天文學(xué)家探索各種宇宙課題提供幾乎無限的機會，”麥克納里說?！叭蝿?wù)啟動后，我們將迅速了解到大量有關(guān)宇宙的新信息。”
編譯自/scitechdaily
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