美國NASA全新超強望遠鏡將改寫我們對宇宙的理解

美國太空總署（NASA；美國國家航空暨太空總署／美國宇航局）的南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope）8月30日從佛羅里達州肯尼迪太空中心（Kennedy Space Center）發射升空。

這台望遠鏡以美國太空總署首位女性主管兼首任首席天文學家命名。科學家希望，它能發現新的行星、揭示星系如何演化，並有助解答天體物理學中的根本問題，包括暗物質和暗能量。

該任務高級項目科學家朱莉·麥克納里博士（Dr Julie McEnery）向BBC表示：「我們將對其他恆星周圍的行星進行最大規模的普查，而且⋯⋯我們將利用羅曼望遠鏡上的精密儀器，研究宇宙中的一切，包括所有星系、恆星，以及各種不尋常的天體。」

50萬台電視

與哈勃（Hubble）和詹姆斯·韋伯（James Webb）太空望遠鏡聚焦於個別天體不同，羅曼望遠鏡將掃描大範圍天空，觀測龐大數量的星系、恆星和行星。

英國薩里大學（University of Surrey）天體物理學家諾埃莉亞·諾埃爾博士（Dr Noelia Noël）表示，「它提供了類似哈勃的視野，但規模如同全景圖」，而且「單次觀測涵蓋的天空範圍至少增加100倍」。

這台望遠鏡的2.4米主鏡有着不尋常的來歷。它於2012年由美國負責間諜衛星事務的國家偵察局（National Reconnaissance Office, NRO）捐贈。

諾埃爾表示：「我覺得這非常美妙。原本用來俯視地球的技術，如今被改造成能夠凝視數十億光年外宇宙的望遠鏡。」

麥克納里表示，這面鏡子為了新的用途進行了大幅改造，但這項捐贈讓美國太空總署得以使用比原先計劃更大的鏡面，「使你能看到更暗淡的天體」，並且「獲得更清晰的視野」。

羅曼望遠鏡的核心是一台強大的3億像素紅外線相機，稱為廣域儀器（Wide Field Instrument），將拍攝極為龐大的影像。

麥克納里表示，僅在一個月內，這台望遠鏡就能發現銀河系中超過200億顆恆星，「這將成為有史以來最大的天體目錄」。而它的運作時間遠不止一個月。

預計它還會發現環繞這些恆星運行的新系外行星。

她預測：「我們目前已知其他恆星周圍的行星略多於6,000顆。我們將把這個數字提高到超過10萬顆。」

在其最大規模的巡天觀測中，這台望遠鏡將在不足一年半的時間內覆蓋約12%的天空。若將整幅影像完整展示，將需要超過50萬台4K電視。

但羅曼望遠鏡的設計目標並非取代前輩，而是與它們協同運作。

諾埃爾表示：「詹姆斯·韋伯看得更深，但覆蓋範圍較小。如果羅曼發現非常有趣的事物，你就可以把詹姆斯·韋伯對準那個方向，更詳細地研究那個天體或該片天空區域。」

宇宙的陰暗面

除了恆星和行星，羅曼望遠鏡還將掃描數以億計的星系。麥克納里表示，這將「幫助我們了解我們宇宙的基本本質」。

這將有助天文學家解開現代天文學兩大最大謎團：暗物質和暗能量。

根據美國太空總署資料，暗物質是一種將宇宙維繫在一起的無形黏合劑，約佔宇宙總量的27%。

我們知道它存在，是因為科學家能觀察到其引力效應。它會使後方星系發出的光線產生彎曲，進而扭曲星系形狀。

這種現象稱為弱重力透鏡效應（weak gravitational lensing），可用來繪製暗物質隨時間演變的分布圖，因為來自遙遠星系的光線需穿越漫長時空才抵達我們。

透過這幅三維（3D）地圖，科學家希望更深入了解自大爆炸以來星系及其他宇宙結構如何演化，以及暗物質究竟由什麼構成。

另一方面，暗能量約佔宇宙總量的70%。麥克納里表示，它「傾向於把各種事物推開」。

科學家認為暗能量與引力相抗衡，並導致宇宙以加速方式膨脹。

但近期一些具有爭議性的觀測結果，對暗能量是否保持恆定提出疑問。這可能影響宇宙最終命運。例如，如果暗能量會隨時間減弱，引力或許最終會佔上風，令萬物向內塌縮。

諾埃爾表示：「羅曼望遠鏡在這樣令人振奮的時刻到來，」因為它將提供更精確的測量數據，有助平息這些爭論。

其中一項測量將聚焦於稱為「Ia型超新星」（Type Ia supernovas）的爆炸恆星。麥克納里表示，這類超新星每次爆發時亮度都相同。

她解釋說：「如果我們能測量它看起來有多亮，就能精確判定這個天體距離我們有多遠，並利用這些資料測量宇宙膨脹的歷史。」

「我們有一個非常出色的宇宙運作模型⋯⋯但近年來，隨着測量越來越精確，人們越來越清楚地意識到，這個模型並不完全正確。」

麥克納里估計，羅曼望遠鏡最快可能在兩年內開始為這些根本問題帶來更多答案。

「哈勃之母」

諾埃爾認為，這台全新的超強望遠鏡以南希·格雷斯·羅曼博士（Dr Nancy Grace Roman）的名字命名，「再合適不過」。

羅曼於1925年出生於田納西州，從小就對天文學產生興趣。

但她因性別而一再遭遇障礙。在芝加哥大學（University of Chicago）期間，她很清楚自己不太可能獲得終身教職，因此選擇離開。

羅曼於2016年曾表示：「很多人告訴我，女性不可能成為天文學家。我很高興自己沒有理會他們。」

最終，她在1950年代美國太空總署創立初期主動申請加入，並在推動哈勃太空望遠鏡成為現實的過程中發揮關鍵作用。因此她獲得了「哈勃之母」（Mother of Hubble）的稱號。

麥克納里表示：「我認為，如果沒有她數十年前的遠見，美國太空總署許多最具雄心的任務今天都不會出現。」

對諾埃爾而言，以羅曼命名這台望遠鏡，也使這項任務與一段更悠久的歷史產生連結，那就是許多女性的工作共同塑造了現代天文學。

她特別提到19世紀末在哈佛天文台（Harvard Observatory）工作的女性，其中包括亨麗埃塔·利維特（Henrietta Leavitt）。利維特對恆星的研究，為一種全新的宇宙距離測量方法奠定基礎。

諾埃爾說：「我認為這很圓滿。如今，我們終於以某種方式，將應有的肯定給予一位追隨亨麗埃塔·利維特腳步前進的女性。」

本文原以英文撰寫，我們使用了人工智能協助翻譯，並由BBC記者在發佈前進行審核。了解更多關於我們如何使用人工智能的資訊。