比发丝还细的调整，让NASA的罗曼望远镜成像超预期近30%

NASA的“暗物质猎手”完成关键校准，清晰度远超设计指标。

在工程师完成一系列广泛测试和精密调整后，NASA的南希·格雷斯·罗曼空间望远镜的表现甚至比科学家预期的还要好。这项工作使该天文台强大的仪器达到了异常清晰的聚焦，其主相机系统目前的成像质量比预测好近30%。

这一成果标志着罗曼望远镜朝其雄心勃勃的任务迈出了重要一步：研究暗物质、暗能量以及宇宙的其他奥秘。即使光学精度只有极小的提升，也能帮助罗曼在对宇宙进行大范围巡天时拍摄到更清晰的图像。

“罗曼的所有大范围巡天都将依赖宽场仪器，”NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的宽场仪器系统工程师戴夫·希基说。“许多主要任务目标，比如研究暗物质和暗能量，没有它就不可能实现，所以看到它运行良好，既令人兴奋，也让人大大松了一口气！”

NASA对罗曼强大的相机系统进行测试

在宽场仪器于9月激活后，工程师开始了一项全面测试活动，以确认每个组件既能独立正常工作，也能作为完整系统的一部分正常工作。

他们的首要任务是检查该仪器的18个探测器——每个大约有一张便利贴大小——以及操作这些探测器的电子设备。随后，团队评估了元件轮，这是一种装有滤光片和其他光学部件的旋转机构。这些部件允许选定波长的光到达探测器，并能将入射光分解成各种颜色。

接下来是该仪器的内部校准系统。工程师激活了其中的发光二极管，即LED；这些LED可作为可调光源，根据来自地球的指令产生不同颜色和亮度水平。通过测量探测器对这些受控信号的响应，科学家可以识别灵敏度差异，并进行精确观测所需的校正。

工程师还测试了该仪器的对准机构，并将其从发射期间故意设置的失焦位置，移动到预期能提供最清晰图像的位置。最后，他们检查了热控制系统，该系统维持仪器各组件正常运行所需的温度。

“校准仪器就像在音乐会前给钢琴或吉他调音，”NASA戈达德太空飞行中心的宽场仪器系统工程师马克西姆·里佐说。“你把一切调整到理想状态，然后就不再动这些设置，以便在使用时保持稳定性能。”

一台已接近完美对准的空间望远镜

当一组人专注于准备宽场仪器时，另一组人则致力于优化望远镜的整体光学对准。

结果从一开始就令人鼓舞。罗曼的反射镜和其他光学部件已经以惊人的精度定位，这意味着工程师只需进行很小的校正。

“甚至在我们开始调整所有反射镜和其他光学器件的对准之前，望远镜的性能就已经非常出色，这要归功于发射前在地面所做的卓越准备工作，”罗曼光学系统负责人马修·博尔卡说。“戈达德以及承包商L3Harris和BAE Space and Mission Systems完成的所有测试和建模工作，只给我们留下了很小的校正量，就能让一切达到近乎完美的对准。”

对航天器而言，达到这种精度尤其具有挑战性。发射期间经历的力可能导致敏感设备发生微小位移，而轨道环境也与地球上的条件显著不同。罗曼于8月30日发射，搭载的光学系统在离开地面之前已经过细致测试。

“我们的地面测试无法完全重现罗曼在太空中将经历的环境，比如失重，”博尔卡说。“温度变化和湿度含量也存在细微差异。尽管有这些挑战，最近的评估表明我们的地面测试非常出色，两台仪器的性能都达到或超过了我们预测的水平。”

比人类头发还细的镜面调整

罗曼依靠由反射镜和光学部件构成的复杂布局来收集来自遥远宇宙天体的光，并将其导向两台科学仪器。为使最终图像保持清晰，光必须沿着极其精确的路径传播。

即使微观级别的失准，也可能影响望远镜将光聚焦的准确程度。

幸运的是，罗曼的光学系统已经对准得非常好，因此只需极其微小的移动就能提升其性能。

“我们将次镜移动了大约人类头发直径的十六分之一，”在NASA戈达德从事罗曼项目的高级光学工程师阿尔登·尤尔林说。“这一调整微调了次镜相对于主镜的高度。如果我们把这个高度放大到帝国大厦的高度，那么高度变化略小于在塔尖上叠放一枚美国一美分硬币所增加的高度。”

尽管在人类尺度上几乎无法察觉，但当望远镜被设计用来研究跨越浩瀚宇宙距离的天体时，如此小的调整也能产生重要差别。

团队最初专注于罗曼的日冕仪，它此前产生的图像略有失焦。这个问题没有工程师预期的那么严重，因此校正起来相对直接。

日冕仪现在达到了团队严苛的性能预期。工程师将继续优化其相机设置，并确定其可变形反射镜的最佳配置；这些反射镜可以改变形状，对入射光进行极其精确的校正。

在接下来的几周里，团队计划测试日冕仪遮挡不需要光线的能力，这是观测靠近更明亮天体的暗弱天体所必不可少的能力。

一旦日冕仪的聚焦得到优化，工程师又回到宽场仪器进行另一轮调整。

罗曼的成像质量超出预期近30%

最终测量揭示了一个尤其令人印象深刻的结果。罗曼的宽场仪器实现了比团队预测好近30%的光学性能。

发射前，工程师设定了约90纳米均方根（RMS）的成像质量要求。这一指标描述系统的光学误差量，即入射光偏离理想、完美聚焦波前的程度。

为直观理解这一尺度，90纳米大约比人类头发细1000倍。在如此微小的尺度上，即使看似微不足道的缺陷也可能影响天文图像的清晰度。

然而，在最新校正之后，工程师测得的光学误差仅为63纳米均方根，大大优于最初要求。

这一提升意味着罗曼应能产生比设计者最初预期更清晰的图像，从而增强其在天空广阔区域进行详细观测的能力。

“罗曼宇宙巡天产生的所有图像都将比我们预期的更清晰，”尤尔林说。“这是多年细致建模、精密计量和测试带来的绝佳成果。”

随着两台科学仪器达到或超过预期性能，罗曼在为常规观测做准备的过程中又通过了一个重要里程碑。这些结果凸显了望远镜设计的非凡精度，也为其即将开展的、对宇宙隐藏结构和演化的研究提供了光明前景。

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