忘了跳票王JWST吧，罗马人即将到来

　　翻译：童牧天

　　校译：王延昕

　　编排：关关

　　后台：库特莉亚夫卡 李子琦 徐⑨坤

　　原文链接：

　　https://phys.org/news/2021-01-roman-space-telescope-image-hubble.html

　　好吧，是小编又调皮了~~~ 这里的Roman是被称为“哈勃太空望远镜之母”的南希·格蕾丝·罗曼！

　　该合成图像描绘了罗曼太空望远镜“极深场”观测的可能性。在深场天区内，天文学家会长时间收集来自这一小片天区的光，以揭示最微弱和最遥远的天体。该视图中心蓝色部分是哈勃极深场，它代表了人类在可见、紫外和近红外波长下获得的最遥远的宇宙肖像。左侧两个小插图揭示了该区域内星系的惊人细节。在哈勃极深场之外，过去二十年中获得的其他观测结果填补了对周围空间的观测空白。这些更广域的观测揭示了超过265,000个星系，但比起哈勃极深场这些星系可就近太多了。这些哈勃影像与更广域的来自“数字化天空调查”的地面数据叠加显示。图中橙色轮廓线显示了NASA即将推出的南希·格蕾丝·罗曼（Nancy Grace Roman）太空望远镜的视野。 罗曼望远镜的18个探测器将能够一次观测到至少比哈勃极深场大100倍的天空区域，并具有与哈勃相同的清晰度。

　　图源：NASA, ESA

　　哈勃的极深场照片揭开了宇宙中无数星系的神秘面纱，使人们得以追溯到大爆炸数亿年后的宇宙历史，也因此成为了哈勃太空望远镜最具标志性的照片之一。自2003年9月起，哈勃对着一片看似空旷的天区凝视了数百小时，而天文学家在次年首次看清了这块织满星系的壁毯，而随后几年又进行了更多补充观测。

　　NASA即将推出的南希·罗曼太空望远镜(Nancy Grace Roman Space Telescope，以下简称罗曼望远镜)将能够以相同的解晰度拍摄比哈勃大至少100倍的天区。除了许多其他能够通过这具宇宙“超广角”实现的观测之外，科学家们正在思考利用罗曼望远镜拍摄“极深场”的可能性。诸如此类的观测项目可以启发从宇宙年轻时期的恒星形成到星系的诞生方面的学习。

　　从太阳系到可观测宇宙的边界，罗曼望远镜将助推天体物理各领域的研究。罗曼望远镜在大部分时间将致力于在广阔天区中进行观测。但是，大众天文社区也可以在余下的观测时间申请其他的观测项目。天文学家表示，科学界将极大地受益于罗曼望远镜的极深场。

　　“从社区科学的角度来说，罗曼的极深场观测可能会带来令人兴奋的回报。我们希望能够真正地走进天文社区里，换位思考人们可以利用罗曼望远镜的方式，”位于美国马里兰州巴尔的摩的太空望远镜科学研究所(STScI)发言人安东·科克默尔（Anton Koekemoer）说道。 科克默尔在今年美国天文学会第237次会议上介绍了罗曼极深场的构想，该天文学会会员来自30多个机构。

　　举例来说，罗曼极深场可能类似于哈勃极深场——在一个方向上观测上百小时，以拍摄极其暗淡遥远星体的详细图像。哈勃这样拍摄了千位数的星系，相比之下罗曼能记录下百万量级的星系。因此它可能会推动新科学的出现，并极大地增进我们对宇宙的理解。

　　罗曼望远镜视野示意图，红色为罗曼视野，蓝色为哈勃视野 

　　图源：空间望远镜研究所

　　宇宙的结构和历史

　　也许最令人兴奋的是研究宇宙最初阶段的可能性，即距我们最遥远的星系。这些星系也非常稀有：即使在哈勃极深场中我们也只能看到少数几个。

　　得益于罗曼望远镜的广阔视野和与哈勃相近质量的近红外数据，它可以在数百万其他星系中发现上百甚至上千个最年轻而又最遥远的星系。这将使天文学家能够衡量他们在太空中的聚集方式、年龄以及恒星的形成方式。

　　科克默尔表示：“罗曼望远镜还将与目前和将来的各类望远镜，包括NASA的詹姆斯·韦伯(JWST)太空望远镜和其他望远镜强强联手。”

　　为了进一步向前探索宇宙的幼年时期，罗曼望远镜将尤其注意大爆炸后大约8亿到10亿年内的一些星系。那时，在暗物质的影响下，星系才刚刚开始聚集成团。尽管研究人员已经模拟了此类宇宙大尺度结构的形成过程，但罗曼极深场将能够提供真实世界的观测结果来检验这些模型的准确性。

　　恒星形成

　　早期的宇宙也曾经历了恒星形成的风暴，那时恒星诞生的速度比我们今日所见快上数百倍。天文学家们尤其渴望研究“宇宙黎明”和“宇宙正午”，这两个时间段共同涵盖了大爆炸后5亿至30亿年的时间，当时大多数恒星正在逐渐形成，也是特大质量黑洞最活跃的一段时期。

　　南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜的设想图。

　　图片来源：NASA

　　“罗曼的视野很大，而这将颠覆我们所熟悉的深空观测。我们不仅能够在狭窄的视野中仅采样一片天区，更能采样罗曼的广角视野所捕获的各片区域。这将使我们对恒星形成的位置和时间有更好的了解。”NASA戈达德航天中心的桑杰塔·马尔霍特拉（Sangeeta Malhotra）解释说。马尔霍特拉是研究宇宙黎明时期的罗曼科学小组的联合研究员，并曾领导使用哈勃进行深空光谱研究的项目，以了解遥远的年轻星系。

　　天文学家总是渴望回望遥远的过去以测量恒星形成速率。这些速率可能会影响许多因素，例如观测到的重元素数量。恒星形成的速度可能取决于星系是否位于一个大星团内。罗曼将能够拍摄出暗淡的光谱，这些光谱将显示这些元素的独特“指纹”，并给出准确的星系红移数据以计算星系距离。

　　“人口学家可能会好奇生活在大城市中的人与郊区的人之间有什么区别？类似地，作为天文学家，我们也可以这样发问：最活跃的恒星形成星系是否分布在非常集中的区域中，或者仅仅是在星系团的边缘，又或是孤单的存在？”马尔霍特拉这样说。

　　大数据与机器学习

　　罗曼任务的最大挑战之一是学习如何分析所产生的公共数据集中的大量科学信息。从某种意义上说，罗曼会在天空观测和数据挖掘领域都带来新的机遇。

　　罗曼的极深场将包含数百万个星系的信息，而研究人员们无法研究如此大量的数据。因此，天文学家们将使用机器学习来处理如此之大的数据库。尽管这是一个挑战，但它也提供了新的机遇。科克默尔说：“我们可以挑战以前无法解决的新问题。”

　　“罗曼任务的庞大数据集的潜力可能会让我们对宇宙的理解取得新突破，超出我们目前的预想。”科克默尔补充：“这可能是罗曼对学界的一笔宝贵遗产：它并不仅仅只针对那些我们所见的问题，更有那些我们未曾设想的问题。”

　　罗曼简介

　　罗曼女士生于1925年，2018年逝世，享年93岁。

　　图源：NASA

　　南希·格蕾丝·罗曼（Nancy Grace Roman）是著名的美国天文学家，她为恒星的分类和运动做出了重要贡献，她是NASA的第一位女主管。罗曼女士在1960至1970年代担任NASA的第一任天文学主管，使其成为“美国民用太空计划的奠基人”之一。她创建了NASA的太空天文观测项目，并因其在规划哈勃太空望远镜中的基础性作用而被许多人称为“哈勃之母” 。

　　NASA于2020年5月用罗曼的名字命名研发中的大视场红外巡天望远镜（Wide  Field  Infrared  Survey  Telescope简称WFIRST）。该望远镜旨在揭示暗能量和暗物质的秘密，搜索系外行星并对其成像，并探索红外天体物理学中的许多主题。

　　罗曼望远镜有一个2.4米主镜，大小与哈勃望远镜相同，但视野比哈勃望远镜大100倍。

　　日冕仪将对附近的单个系外行星进行高对比度成像和光谱分析。

　　罗曼望远镜预计于2020年代中期发射。

　　罗曼望远镜的主要任务寿命为5年，可能还会延长5年。

『天文时刻』 牧夫出品

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Plutonian景观

Image Credit: NASA, Johns Hopkins Univ./APL, Southwest Research Institute