與哈勃、韋伯相比,羅曼優(yōu)勢(shì)何在?
如果使用羅曼的寬場(chǎng)相機(jī)拍攝仙女座星系,只需要2個(gè)采集區(qū)域就可以覆蓋哈勃望遠(yuǎn)鏡PHAT項(xiàng)目432個(gè)采集區(qū)拼接后覆蓋的區(qū)域,其觀測(cè)效率更是達(dá)到哈勃的1475倍。
哈勃PHAT項(xiàng)目拍攝的區(qū)域需要拼接哈勃WFC3紅外通道拍攝的432片區(qū)域,但羅曼望遠(yuǎn)鏡只需要拼接其拍攝到的2塊區(qū)域就可以覆蓋 | 來(lái)源:https://roman.gsfc.nasa.gov/about.html
與哈勃執(zhí)行的其他著名的珍寶級(jí)別(Treasury-scale)項(xiàng)目相比,在保證一樣觀測(cè)品質(zhì)的前提下,羅曼的效率也非常驚人。比如,它比COSMOS 項(xiàng)目快125倍,比CANDELS-Wide項(xiàng)目快1050倍,比3D哈勃項(xiàng)目快730倍,比FIGS項(xiàng)目快750倍。
比起哈勃,羅曼望遠(yuǎn)鏡也有一塊短板:它的寬場(chǎng)照相機(jī)只拍攝部分可見光與紅外光,而不能拍攝紫外線與藍(lán)紫光。不過,一定距離之外的天體發(fā)出的紫外線與藍(lán)紫光在向地球傳播的過程中會(huì)被拉長(zhǎng)為綠、黃、紅與紅外線。因此,羅曼可以觀測(cè)遠(yuǎn)處的天體發(fā)出的部分紫外線與藍(lán)紫光,以及所有距離的天體發(fā)出的綠、黃、紅光與紅外線,但無(wú)法觀測(cè)近距離天體發(fā)出的藍(lán)紫光與紫外線。
作為對(duì)比,哈勃從一開始就可以觀測(cè)任何近距離的天體發(fā)出的紫外線、可見光與直到850納米的近紅外線;經(jīng)過幾次升級(jí)后的,過去十幾年來(lái)哈勃可以觀測(cè)的光的波長(zhǎng)延展到2000多納米。
羅曼與哈勃、韋伯相比,各有優(yōu)勢(shì)。
韋伯的主鏡是口徑為6.5米的拼接式鏡面,比口徑為2.4米的哈勃的主鏡大得多,目的是看得比哈勃更遠(yuǎn)。更遠(yuǎn)的物體發(fā)出的光被拉得更長(zhǎng),為了觀測(cè)到它們發(fā)出的可見光——它們?cè)诘竭_(dá)地球上時(shí)已經(jīng)被拉到中紅外,韋伯的觀測(cè)波長(zhǎng)范圍延展到28300納米,比只能觀測(cè)到近紅外的哈勃和羅曼的波長(zhǎng)范圍大得多。
在NASA的戈達(dá)德飛行中心裝配的韋伯的主鏡面,注意地面上的工作人員,他們可以反襯出韋伯的巨大尺寸 | 來(lái)源:NASA Goddard Space Flight Center
羅曼的主鏡是口徑為2.4米的單塊鏡面,與哈勃主鏡一樣大,但其“視野”卻分別大約是哈勃上的兩個(gè)照相機(jī)的200倍或100倍,它的目的是比哈勃看得更廣。
韋伯望遠(yuǎn)鏡上的近紅外照相機(jī)(NIRCAM)的視場(chǎng)與哈勃差不多,因此也遠(yuǎn)小于羅曼的寬場(chǎng)設(shè)備的視場(chǎng)。因?yàn)檫@個(gè)原因,羅曼的紅外巡天觀測(cè)能力是無(wú)可替代的,它可以為韋伯尋找出非常有價(jià)值的目標(biāo),讓韋伯進(jìn)行后續(xù)觀測(cè),因此是韋伯的重要合作伙伴。
南希·羅曼誕辰百年時(shí),望遠(yuǎn)鏡可以順利升空嗎?
羅曼望遠(yuǎn)鏡當(dāng)前的預(yù)算是39億美元,雖然小于韋伯的100億美元預(yù)算,但依然是一個(gè)天文數(shù)字?紤]到此后各種原因?qū)е碌念A(yù)算增加,即使羅曼可以工作10年,它每年也要消耗至少3.9億美元,相當(dāng)于每天至少107萬(wàn)美元,每小時(shí)至少4.5萬(wàn)美元。也因?yàn)橘M(fèi)用高昂,當(dāng)時(shí)還是被叫做WFIRST的羅曼差點(diǎn)于2018年被取消,最后有驚無(wú)險(xiǎn)地躲過一劫。
如果沒有意外,羅曼將在2025年被發(fā)射升空,那一年恰好是南!ち_曼誕辰100周年。
被選來(lái)發(fā)射羅曼的火箭是德爾塔-4重型(Delta IV Heavy,“三角洲”-4重型)火箭,這是當(dāng)今世界上推力第二大的火箭,僅次于獵鷹9號(hào)重型火箭。這款火箭耗資巨大,每發(fā)射一次的費(fèi)用超過4億美元。它從2004年開始執(zhí)行發(fā)射任務(wù),從2011年開始發(fā)射NRO的鎖眼-11號(hào)衛(wèi)星。NASA的獵戶座飛船(無(wú)人模式)與帕克太陽(yáng)探測(cè)器也由這款火箭發(fā)射升空。至今為止,這款火箭共發(fā)射過11次,除首次發(fā)射“部分失敗”——未將衛(wèi)星送入足夠高的軌道——之外,后面10次發(fā)射都獲得成功。
2013年8月23日,在范登堡空軍基地起飛的德爾塔-4重型火箭,里面搭載著NRO的偵查衛(wèi)星鎖眼-11系列的第16顆衛(wèi)星 | 來(lái)源:U.S. Air Force/Joe Davila
與位于500多千米高度的軌道的哈勃不同,羅曼與地球的距離大約為150萬(wàn)千米,比哈勃遠(yuǎn)得多。確切說,它位于太陽(yáng)-地球系統(tǒng)的“外拉格朗日點(diǎn)”L2,并在這個(gè)點(diǎn)繞著一個(gè)特殊軌道搖擺。這個(gè)區(qū)域有眾多正在運(yùn)行與已經(jīng)結(jié)束任務(wù)的航天器,預(yù)定于2021年發(fā)射的韋伯也位于這個(gè)區(qū)域。
在這個(gè)區(qū)域,羅曼在太陽(yáng)引力與地球引力的共同作用下,跟隨地球圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)。因?yàn)榫嚯x地球如此遙遠(yuǎn),即使是在航天飛機(jī)時(shí)代,也無(wú)法像維修哈勃那樣派宇航員到那里維修它。
與其他紅外望遠(yuǎn)鏡一樣,羅曼的壽命取決于攜帶的制冷劑的消耗速度。制冷劑降低整個(gè)望遠(yuǎn)鏡的溫度,盡量減少其自身發(fā)出的紅外線,降低自身的紅外線“噪聲”對(duì)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的干擾。按照計(jì)劃,羅曼到達(dá)指定區(qū)域之后,將會(huì)運(yùn)行5年。如果情況良好,可能還會(huì)延長(zhǎng)5年壽命。
我們期望“100個(gè)哈勃”——羅曼——可以在2025年如期升空運(yùn)行,為人類帶來(lái)更多絕美的太空?qǐng)D,也幫助人類破解宇宙中的萬(wàn)物與宇宙自身的更多奧秘。
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