【蔻享科普】新一代太空望远镜——南希·格蕾斯·罗曼太空望远镜
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图1.南希·格蕾斯·罗曼太空望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope）
美国国家航空航天局（NASA）将其正在开发的下一代太空望远镜——广域红外勘测望远镜（WFIRST）命名为南希·格蕾斯·罗曼太空望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope），以纪念NASA曾经的首席天文学家南希·格蕾斯·罗曼（Nancy Grace Roman），她为太空望远镜探索更广阔的宇宙铺平了道路。
新命名的南希·格蕾斯·罗曼太空望远镜（简称罗曼太空望远镜）将于2020年代中期发射升空，它致力于研究长久以来困扰人们的天文谜团，如宇宙膨胀背后的奥秘等，并寻找太阳系以外的遥远行星。
谁是南希·格蕾丝·罗曼？
哈勃太空望远镜的首席科学家埃德·韦勒称南希·格蕾丝·罗曼为“哈勃太空望远镜之母”，她孜孜不倦地提倡使用创新性科学装置，让科学家能够从太空研究更广阔的宇宙。
图2.南希·格蕾斯·罗曼（Nancy Grace Roman）
正是由于南希·格蕾斯·罗曼的领导和远见，NASA成为天体物理学的先驱，并发射了世界上功能最强大、产能最高的哈勃太空望远镜。她于2018年去世，为科学界留下了巨大的遗产。”
罗曼1925年5月16日出生于田纳西州纳什维尔市。在那个年代，对科学感兴趣的女性并没有得到足够的尊重，面对诸多困境和挑战，罗曼坚持了下来，于1946年在斯沃斯莫尔大学（Swarthmore）获得天文学学士学位，1949年在芝加哥大学（University of Chicago）获得博士学位。
在芝加哥大学留校的六年时间，罗曼发现了影响银河系演化的恒星组成。但是她知道自己身为女性很难在大学获得终身教职，于是前往在美国海军研究实验室任职，方向是应用无线电波研究宇宙问题，她的研究使这个方向取得了长足的进展。
1959年，NASA成立仅六个月，罗曼来到了这里，她在空间科学办公室担任天文学与相对论的负责人，管理与天文学有关的计划和拨款。
她致力于以全新的方式来探索宇宙。当她来到NASA时，天文学家可以从气球、探空火箭和飞机上获得数据，但他们无法测量所有波段的光。地球的大气层阻挡了来自遥远宇宙的大部分辐射。更重要的是，只有太空中的望远镜才拥有永恒的夜晚，且白天不必关闭。罗曼知道，向太空发射望远镜势在必行。
图3.哈勃太空望远镜
在罗曼的领导下，美国航天局在1966年至1972年间发射了四个大型轨道天文台。虽然只有两个是成功的，但它们证明了太空天体物理学的价值。哈勃太空望远镜也成为了有史以来最具科学革命性的太空望远镜。
她还支持了国际紫外探测器，该探测器是NASA、ESA（欧洲航天局）和英国联合建造的宇宙背景探测器，它测量了大爆炸遗留下来的辐射，这帮助美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性，并获得2006年诺贝尔物理学奖。
什么是罗曼太空望远镜？
罗曼太空望远镜是NASA即将推出的太空望远镜，旨在对红外天空进行宽视场成像和光谱分析。罗曼太空望远镜的目标之一是寻找有关暗能量的线索，暗能量是加速宇宙膨胀的神秘力量。任务的另一个目标是寻找和研究系外行星。
图4.南希·格蕾斯·罗曼太空望远镜结构图
罗曼太空望远镜使用与哈勃太空望远镜相同的2.4米主镜，但与哈勃的第一代单一传感器相比，它具有18个高品质的第四代图像传感器。来自广角镜的每个图像将覆盖哈勃太空望远镜广角相机图像的100倍以上，大小为300兆像素。哈勃太空望远镜的图像揭示了成千上万个星系，而单个罗曼太空望远镜的图像将发现数百万。
为了揭示暗能量的奥秘，罗曼太空望远镜将对宇宙进行极其精确的测量。这些测量值（例如星系的距离和位置）可以与其他测量值（例如WMAP任务产生的宇宙微波背景）进行比较，以确定暗能量随时间的变化情况。罗曼太空望远镜还可以测量来自遥远星系的光线的轻微畸变。通过这些数据，天文学家可以建立一个三维图像，说明整个宇宙中的质量是如何分布的，并提供对其结构的独立确认。
图5.引力透镜示意图
由于罗曼太空望远镜具有如此大且敏感的视场，它可以找到成千上万的新系外行星。当天空中的一颗恒星看起来几乎在另一颗恒星前面经过时，由于前景恒星的引力“吸引”，背景源恒星的光线将会变得弯曲。这个前景恒星就成为了一个“透镜”，放大了背景恒星的亮度。如果“透镜”星周边存在行星系统，那么这些行星也可以充当“透镜”，每个行星的亮度都会产生短暂的偏差。
图6.南希·格蕾斯·罗曼太空望远镜
对于更近的行星，罗曼太空望远镜将开启直接观测的新时代。对于目前的望远镜来说，只有少数几颗行星通过反射光可以观察到，而它们都是靠近恒星的大型行星。罗曼太空望远镜将能够探测到小至海王星的行星，以及土星离太阳那么远的行星。这要归功于新开发的日冕仪，它可以阻挡恒星发出的明亮光，使行星更清晰可见。
《新一代太空望远镜——“南希·格蕾丝·罗曼”》初稿，发表于中国航天报·飞天科普周刊
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