NASA的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜隐藏着一项技术飞跃

# NASA南希·格雷斯·罗曼太空望远镜的隐藏技术飞跃 来源：https://www.wired.com/story/nasas-nancy-grace-roman-space-telescope-coronagraph-leap/ 两面巴掌大小的镜子即将改变我们理解宇宙的方式。 NASA南希·格雷斯·罗曼太空望远镜（https://www.wired.com/story/nasa-nancy-grace-roman-space-telescope-hidden-facets-of-universe/）的发射窗口即将开启。这台望远镜的主仪器将为几乎所有的天体物理学领域提供信息，而其内部还搭载着一台特殊的日冕仪——这种实验装置将首次尝试直接捕捉行星表面反射的恒星光芒。这是个雄心勃勃的项目，NASA希望它能为未来太空望远镜（https://www.wired.com/story/to-study-the-next-earth-nasa-may-need-to-throw-some/）铺平道路，该望远镜将有朝一日能揭示围绕类太阳恒星运行的类地行星（https://www.wired.com/story/search-for-earth-like-planet-step-forward/）的面貌。 这远超当前工程技术的能力——因此要在罗曼望远镜上测试这一基本技术。“我们将在太空中首次测试它们，并了解还有哪些工作需要完成，”NASA喷气推进实验室的天体物理学家、日冕仪仪器科学家瓦内萨·贝利表示。 日冕仪的核心本质上是一个科学性的遮阳罩，能够遮挡明亮恒星的光芒，从而揭示那些原本湮没在眩光中的较暗天体。这类仪器此前已有在太空飞行的先例——哈勃和詹姆斯·韦布空间望远镜都携带了日冕仪。但罗曼望远镜的日冕仪比其前代产品先进得多，这主要得益于一项名为自适应光学的技术。该技术能使望远镜镜面发生形变，以抵消光的畸变。然而，它仍面临巨大挑战：NASA将罗曼日冕仪的任务比作从美国的另一端拍摄停在泛光灯旁的萤火虫——其难度可见一斑。 “任何一丝落在错误位置的星光都可能毁掉图像的一大块，”SETI研究所（加州的一个非营利研究组织）的系外行星科学家玛格丽特·特恩布尔说。她领导着一个罗曼日冕仪科学团队。 这项技术在先进地面望远镜中已是标准配置，包括智利的甚大望远镜和夏威夷的双子凯克天文台。在这里，自适应光学系统监测着地球大气层厚重且不断变化的层叠部分对星光造成的干扰，使天文台能够捕捉到更清晰的图像。 太空望远镜由于身处大气干扰之外，传统上并不需要自适应光学，但它们也从未尝试寻找过那些仅靠反射恒星光芒的古老、寒冷行星。 对于罗曼望远镜，成功的关键在于那两面巴掌大小的镜子，每面镜子都配备了大约2300个微型驱动器。当施加微弱电流时，这些驱动器会伸展，极其细微地重塑镜面以抵消干扰。这是该机构首次在太空中搭载主动可变形镜。 但镜子本身无法独立完成任务。该系统需要超灵敏探测器来放大单个光子的信号——考虑到仪器将从任何给定行星捕获的光子数量极少，这一点至关重要。然后是任何日冕仪（https://www.wired.com/story/to-study-the-next-earth-nasa-may-need-to-throw-some/）的核心——星冕遮罩。在罗曼望远镜上，这是一组极其精细复杂的遮罩，加州大学天文台台长、罗曼日冕仪科学团队负责人布鲁斯·麦克因托什将其称为“美丽、复杂的形状”，与太空中现有的一切都不同。“哈勃上的那些完全是生硬的遮挡，字面意义上就是一小片金属挡在恒星前面，”他说。 在罗曼日冕仪运行期间，工程师将收集大量测试数据，以评估其在太空中的工作效果，并解决任何需要在类似技术再次飞行前处理的问题。科学家们将通过检查日冕仪能否发现一些已知的系外行星来测试它。 “如果我们全程测试下来却看不到它们，那就知道日冕仪有问题，因为那些行星确实存在，”特恩布尔说。该仪器还将瞄准几颗周围有尘埃或碎片云的恒星，收集观测数据。这些数据可能揭示因目前尚无法探测的行星而产生的间隙，并为科学家提供关于太阳系通常混乱程度的全新视角。 罗曼日冕仪的所有信息都将为未来寻找更小行星的望远镜提供参考，包括NASA希望在2040年代发射的宜居世界天文台——该望远镜将需要一个效率高出100倍的日冕仪；同样配备自适应光学且灵敏度接近罗曼日冕仪的日冕仪，也计划搭载在前谷歌CEO埃里克·施密特研究机构于一月份宣布的拉祖利空间天文台上。尽管观测外星世界（https://www.wired.com/story/how-do-astronomers-find-planets-in-other-solar-systems/）是最诱人的应用，但日冕仪有朝一日还可能向天文学家展示双星或隐藏在明亮类星体附近的天体。 罗曼望远镜是通向这一未来迈出的第一个关键步伐——NASA戈达德太空飞行中心的天体物理学家、罗曼望远镜高级项目科学家朱莉·麦克纳里说，它在此过程中可能展示给科学家们的奇迹本身也能助力未来。 “显然，证明某样东西有效的最佳方式，就是用它做出一些有科学意义的事情，”她说。