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NASA新一代太空望远镜 或让我们看到另一个木星
www.wforum.com | 2026-07-23 14:50:22  MIT科技评论 | 0条评论 | 查看/发表评论

  如果一切顺利,NASA 的南希·格蕾斯·罗曼(Nancy Grace)它的太空望远镜最早将在下月底发射升空。届时,将尝试天完成这次最精密的一次“隐去星际”。望远镜上搭载了一个前往先前进入低太空的“主动日冕仪”。在拍摄过程中,能加压到发出的强光,让不知被淹没在光芒中的行星即将出来。借助这套设备,天文学家将首次直接拍摄到与太阳系行星相似的系外行星。更远来看,它也可能为未来寻找“第二个地球”的任务铺路。

  “我希望未来的人们记住它,是因为它成为寻找地球 2.0 进程中的关键一步。”NASA 喷气推进实验室(JPL)的首席机械工程师布兰登·克里格(Brandon Creager)说。

  这台望远镜以 NASA 首任天文学主管南希·格蕾丝·罗曼(Nancy Grace Roman)命名。继承了约 3 亿像素的黑洞相机,在解析相近的情况下,单次在范围约为哈勃太空望远镜最大视野的 100 倍。这一能力将有助于天文学家进一步研究暗物质和暗能量,也必将发现约 10万颗新的系外行星。被称为系外行星,就是太阳系以外的行星。虽然许多行星无法被直接看见,但天体从更遥远的前方经过时,会改变星光传播的路径,天文学家可以由此判断它们是否存在。

  哈佛大学研究员哈维尔·维亚尼亚(Javier Viana)已经开展了两个项目罗曼内衣竞争锻炼的首年启动计划。他把这次能力跃升的宣言为:从“采访几个人”一下子变成“开展全球人口普查”。

  罗曼它还承载了另一台与日冕仪配合工作的相机。它每次锁定一个重力系统,并勉强遮住本身的光。这将让天文学家以外星人的方式观察环绕的区域,看到体积更小、重力、也更接近母星系的系外行星。“让我们有机会真正看到那些以前从未被直接看到的行星。”克里格说道。

  日冕仪并不是新鲜事。哈勃(Hubble)和詹姆斯·韦布(James Webb)太空望远镜上都搭载了类似的设备,但他们主要依靠固定结构接近刺眼的光芒。这种方法有一定的效果,但就像在黑暗房间里寻找萤火虫时,用手指挡住手电筒。灯泡虽然被遮住了,周围漏出的光仍然可能盖过萤火虫。

  在望远镜内部,这些多余的光机械结构边缘,也可能来自镜面和涂层上精心考虑的瑕疵。星光经过这些位置形成时会被感光,成为它们的一个亮斑。它们不仅可能遮住真正的行星,甚至还可能被误认为行星。

  罗曼望远镜的不同地点,它会尝试主动处理这些残余光线。每次分离前,系统都会先测量没有被完全挡住的星光,进一步将它们压低。这项技术被称为“主动波前控制”。罗曼之所以能够达到这一点,是因为内部安装了两面能够轻微变形的反射镜。

  每个镜子的薄玻璃下方,都排列着 48×48 的微型致地中海。这些致类似的微小极活塞。通入微弱电压后,它们会收缩,轻轻拉动对应位置的微型镜面,就像数千根手指同时调整镜子的形状。而它的调整环形方案:每一块小镜面最多只能移动 0.5 微米面,大约是一株达拉斯长度的电梯;最小调节望远镜则只有约 10 皮米。JPL 一个项目系统工程师伊利亚·波别列日斯基(Ilya Poberezhskiy)说,这大约只有氢原子直径的十分之一。

  通过这些致辐射,反射镜可以把不同的位置调整到精确的角度,让不需要的光波无处不在。它的原理有点像耳机,只是耳机考虑声音,罗曼考虑光的是。当星光被进一步压低后,周围会形成一圈较暗的区域。波别列日斯基说:“我们会在这片区域支持星光,并希望找到系外行星。”

  相比现有的太空日冕仪,六系统预计将行星从母星强光中分离出来的能力提升最多1000倍,从而观测到黑暗到无法探测到的行星。和哈勃、詹姆斯·韦布一样,罗曼银河使用遮光催化剂。它们是安置在光路中的特殊宙斯,用来遮挡住不需要的光子。

  其中一种结构被称为“镜头微型草丛”:一些遥控器表面布满了微小尖刺,形成了类似草丛的结构。在特定的工作模式下,这些尖刺可以吸收,避免光线在镜头内部来回反射,最终误入危险。一旦进入这片微型草丛,就会不断在尖刺之间反射,并逐渐深入,最终被硅困在其中,而不是重新弹向相机。

  这些反射镜和傀儡共同组成了一套层层过滤的光路系统:封锁阻挡住太阳光,同时将微弱的行星光柱最终的光束中。 这套复杂系统,可能会开启系外行星直接效应的新阶段。

  其中,人类直接拍到的系外行星,几乎都是巨大体积、年龄很轻的气态行星,与太阳系中的行星差异很大。它们通常是木星的数倍,还保留着形成了集体的热量,而且距离母体非常遥远,轨道标记可能是日地距离的几十倍甚至上百倍。这些行星那么容易被拍到,是因为它们体积大、温度高,在红外行星更亮;同时,它们离母体足够远,也更容易被星光照射。

  罗曼望远镜则有可能直接拍摄到一颗真正接近木星的行星:质量与木星相似,围绕核心类太阳坐标运行,与母象的距离差不多是日地距离的数倍。它不会像目前常被直接拍摄到的年轻“热木星”那样强烈地表现出自身热量,而了解太阳系中的木星。经过了解亿年冷却后,它主要依赖于母行星的光被我们看到。

  过去,天文学家通常通过大约的一点点移动来推测此类行星的存在。行星的引力会拉动行星,从而运动出现周期性变化。罗曼斯塔直接收集行星反射出的星光。

  “我们看的不是非常托马斯,也不是行星给行星带来的影响。”约翰斯·霍普金斯大学天文学教授梅雷迪思·麦格雷戈(Meredith MacGregor)说,她也参与了罗曼支架的移民项目。“我们真正看到的是行星本身。这一点很重要。”

  等到这台仪器正式投入使用,接下来就是科学家面对海量数据的时候了。“老实说,我什至有点担心大家要怎么处理这些数据,因为它们太多了。”麦格雷戈说,“几十年后,可能仍然会有人在研究罗曼留下的数据。”

  短期内不要期待看到一张高清的木星照片。罗曼无法把这样的行星拍成一个粗糙的球体。即使安装成功,它很可能也只是承载为几个像素组成的小亮点。但麦格雷戈认为,这已经足够重要了。

  罗曼可以借助日冕仪分析这颗行星在不同波长下的光,从而判断其大气中可能含有哪些化学成分。“你到底看到的只是一个光点,但现在可以开始把它理解成一个真正的世界了。”说,“一旦她知道了大气成分,就可以进一步推测这颗行星表面存在的状况,以及那里是否可能有生命。这是非常重要的一步。”

臺北市立天文科學教育館-天文新知-公民科學家解決木星雲層成分的謎團

(木星表面资料照片)

  在启动阶段,科学家和工程师首先需要验证一系列关键能力:能否使整个稳定地对准日冕仪干扰中心,能否准确调整反应镜,能否在围绕“挖出”那圈暗区,以及在航天器飞行、温度不断变化的情况下,整套系统能否持续保持稳定。

  这些结果将为NASA驻中的“宜居世界天文台”提供参考。对许多研究系外行星的天文家来说,这几乎是一个梦想中的任务。理论上,将有能力从一颗类太阳之中的强光中分离出类地行星的光,而此前可能比恒星亮100亿倍以上。

  克里格(Creager)从 2018 年起就参与了这套仪器的研发。他对团队取得的成果感到非常自豪。“没有多少人能说,‘我制作了一个设备,正在拍摄围绕 50 光年、甚至 100 光年之外的主题运行的行星。’”

  那颗行星也许最终只会展现出一个微小的亮点,但罗曼真正的突破,是在它周围的人们创造的一片足够深的黑暗中。

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