5年扫过12%天空：这台望远镜将研究暗物质和暗能量

哈勃望远镜花了35年，只看了0.1%的天空。而一台刚上天的新望远镜，5年就要扫过12%。更关键的是，它盯上的，是构成宇宙约95%、我们却几乎一无所知的东西。

一台"不像新旗舰"的新旗舰

2025年8月30日，NASA发射了它最新的旗舰级太空观测台——南希·格雷斯·罗曼太空望远镜。说它"旗舰"，是因为它确实是一台了不起的机器：它的主镜尺寸和哈勃太空望远镜一样大，但视场要宽广得多。

在为期五年的主任务期间，罗曼预计将以极高的清晰度观测约12%的天空，窥探宇宙的遥远深处。这个数字听起来不算多，但和前辈比就是一次巨大的飞跃——哈勃在35年里只观测了0.1%的天空。

更宽的视野，意味着罗曼能捕捉到宇宙事件实时演化的过程，也能观测到种类惊人的天体，既有全新的，也有已知的。但真正的"压轴大戏"，是它对暗物质和暗能量的研究能力——这两种神秘的东西构成了宇宙约95%的部分。间接观测告诉我们，这两种宇宙成分确实存在，但对于它们究竟是什么、如何运作，我们几乎一无所知。罗曼，或许能帮我们解开其中一些谜团。

它睁开眼的第一张照片，是模糊的绿圈

发射两周后，罗曼强大的3亿像素相机被激活，作为调试流程的一部分，它向宇宙睁开了眼睛。它接收到的第一批星光，形成了一圈圈模糊的绿色光环——一片失焦的恒星。

新泽西州罗格斯大学教授、太空望远镜科学研究所南希·格雷斯·罗曼太空望远镜任务办公室负责人克里斯滕·麦奎因告诉我，这仅仅是个开始。接下来的步骤是对焦相机、开启制导系统，然后看看这座新观测台会教给我们哪些关于宇宙的惊人知识。

我问她：终于看到第一张图像，是什么感觉？

她说，这极其紧张。团队24小时值守，很多人轮班连轴转。这些首批图像是在半夜拍摄的，但在此之前的一切进展都顺利得难以置信。在那之前，所有人都处于一种亢奋状态。测试图像时，望远镜还没有对焦，也还没有制导——望远镜指向某个目标时相当稳定，但会有一点漂移。测试图像既没有制导，也没有对焦，即便如此，图像依然相当壮观。失焦程度并没有超出预期——考虑到发射本身以及把望远镜送入太空所带来的各种压力，这其实是在告诉我们：状态非常好。这张图像充满了希望，每个人都无比兴奋。

既然不比别人大，也不看新波段，为什么还要造它？

我抛出了一个有点冒犯的问题：通常我们迎来一座大型新观测台，它要么比前代更大，要么在以前没有覆盖过的独特波段观测。但罗曼两样都不是。既然如此，为什么我们要为它投入这么多工作和资金？

麦奎因完全不介意这个问题。她解释说，罗曼的镜子尺寸和哈勃相近，覆盖的某些波段也和哈勃、詹姆斯·韦布太空望远镜重叠。那为什么还要做？罗曼的不同之处在于它一次能看多少天空，也就是它的视场。哈勃和韦布就像相机上的变焦镜头，而罗曼像一张全景照片。它看到的范围大约是哈勃视场的100倍，但它的建造方式让它能以大约哈勃1000倍的速度测绘天空区域。每10个月，我们就能获得相当于哈勃约1000年观测量的数据。

从使用角度看，这非常不同。因为罗曼能看到大片天空，这就是我们要做的事。这也是为什么罗曼最重要的科学目标之一，是理解暗能量和暗物质——要探测这两者，你需要非常非常宽广的天空区域。

同样的镜子，凭什么快1000倍？

既然主镜尺寸相同，罗曼凭什么比哈勃快这么多？

麦奎因给出的答案分几层。首先，实际的探测器要大得多，而且被布置成一种独特的形状。罗曼的设计方式，是把光收集到巨大的主镜上，再聚焦到探测器上。由于自1990年哈勃发射以来技术的进步，罗曼能把更大的区域纳入焦点。

其次，它的结构要轻得多，重量不到哈勃的四分之一。它还拥有更高的刚性，这意味着它能在短距离内快速扭转。于是你得到这样一个又硬又轻的结构：能迅速转向，然后又能非常非常快地稳定下来。你因此能获得更大的视场，还能在视场之间移动得快得多。

为什么"看得广"这么重要？

这里有一个术语叫"宇宙方差"。它说的是，宇宙在非常大的尺度上是相当均匀的。所以，如果你看宇宙中一个很大的区域，它可能和其他区域相似，但当你放大到任何较小的区域时，一切都不一样了，那里有很多独特的东西。所以，用哈勃、韦布以及其他视场较小的望远镜，你无法真正知道你研究的区域是否独特。由于这种宇宙方差，你需要把视野拉大到天空中更大的区域，才能知道你所看到的是否能代表整个宇宙。更大的视场能让你摆脱这个宇宙方差问题。

这种视场如何帮助你的研究？

我自己的研究是关于小星系的——星系越小，我越感兴趣，因为它们对各种各样的……