NASA 羅曼太空望遠鏡將看見什麼？發射日期、任務與科學目標解析

NASA 的 Nancy Grace Roman 羅曼太空望遠鏡，是一座以紅外線觀測為主、專門進行大範圍宇宙巡天的太空天文台。它的特色不是只把單一星系或行星看得更細，而是能在維持近似哈伯太空望遠鏡成像銳利度的同時，一次看見廣闊得多的天空，建立足以進行統計分析的宇宙大型資料集。

什麼時候發射？

NASA 目前任務頁面列出的目標發射日期是 2026 年 8 月 30 日。不過，NASA 其他任務資料仍以最遲於 2027 年 5 月發射作為較寬鬆的時程承諾，因此 8 月 30 日應視為目前目標，而不是完全不會變動的保證日期。

羅曼預計由 SpaceX 的 Falcon Heavy 重型火箭搭載，從佛羅里達州的 NASA 甘迺迪太空中心發射。

羅曼會在哪裡工作？

升空後，望遠鏡將前往接近日地 L2 拉格朗日點的位置。這個觀測位置距離地球約 150 萬公里，位於地球背向太陽的一側。

在這裡觀測，有助於羅曼進行對紅外線敏感的測量，也能讓望遠鏡以適合大面積巡天的幾何條件持續觀察天空。它並不是繞著地球運行的傳統近地軌道太空望遠鏡，而是前往更遙遠的深空觀測位置。

NASA 為什麼要建造羅曼？

這項任務的核心，是利用大規模、長時間且彼此可比較的觀測，回答現代天文學幾個最棘手的問題：

• 暗能量： 是什麼促使宇宙膨脹加速？
• 暗物質： 看不見的物質如何分布，又如何影響宇宙結構形成？
• 系外行星： 太陽系外有多少行星，尤其是寒冷、低質量或沒有母星的行星？
• 星系演化： 星系與類星體在數十億年間如何改變？
• 紅外線天文學： 紅外光能揭示哪些被塵埃遮蔽的區域、遙遠星系、恆星與行星系統？

哈伯或詹姆斯・韋伯太空望遠鏡常針對特定目標進行深入觀測；羅曼則更像一台宇宙級廣角測量工具，快速而持續地掃描大片天空。當觀測樣本夠大，罕見天體、短暫事件，以及宇宙結構中的細微規律就更容易被找出，也更容易透過統計方法確認。

最大賣點：一次看見 100 倍以上的天空

羅曼的主力儀器是 廣域儀器（Wide Field Instrument，WFI），一部擁有 300 百萬畫素的紅外線相機。它的視野至少是哈伯的 100 倍；每張影像涵蓋的天空面積甚至大於滿月在天空中的視覺大小，同時保有次角秒級的成像能力。

這種「看得清楚，又看得很廣」的組合，將帶來幾個關鍵優勢：

1. 每次曝光涵蓋更多天空： 羅曼能以較少觀測時間建立大範圍宇宙地圖。
2. 更容易捕捉罕見事件： 視野越寬，發現特殊星系、變動天體與短暫宇宙事件的機會越高。
3. 建立更可靠的統計樣本： 大型星系與天體目錄有助於分辨真正的宇宙訊號與隨機波動。
4. 替後續觀測挑選目標： 哈伯、韋伯以及地面天文台可以再對特別值得研究的目標進行細節觀測。

NASA 表示，羅曼在任務期間可能測量約 10 億個星系的光。任務開始後五年預計會產生極大量的巡天資料，NASA 技術資料估計每天資料量約 11 太位元組（TB），前五年累積資料量則可能超過 20 PB（拍位元組）。

羅曼將觀測哪些目標？

羅曼的規劃包括三項由天文學界共同定義的核心巡天，以及其他一般天文物理觀測。三項核心巡天分別是：

• 高銀緯廣域巡天（High-Latitude Wide-Area Survey）
• 高銀緯時域巡天（High-Latitude Time-Domain Survey）
• 銀河核球時域巡天（Galactic Bulge Time-Domain Survey）

高銀緯廣域巡天會在數千平方度的天空範圍內，同時結合成像與光譜觀測。它的宇宙學目標包括繪製星系分布、測量遙遠星系的形狀，以及追蹤宇宙膨脹；同一批資料也能用來研究太陽系天體、銀河系結構、鄰近星系、類星體，以及重電離時代前後的星系演化。

羅曼的觀測資料計畫在處理完成後直接公開，不設一般性的限時專屬使用期。這意味著不同研究團隊可以同時分析資料，探索超出任務主要目標之外的問題。

如何研究暗能量與暗物質？

羅曼會從兩個互相補充的方向研究暗能量：一是測量宇宙膨脹的歷史，二是追蹤宇宙結構如何隨時間成長。NASA 列出的方法包括超新星距離測量、星系紅移與重子聲波振盪（BAO）研究，以及弱重力透鏡觀測。

弱重力透鏡對暗物質研究尤其重要。位於前景的物質會以重力輕微彎曲背景星系發出的光，使星系在影像中的形狀出現細微變形。天文學家若能在大範圍天空中測量這些具有關聯性的變形，就能繪製包含暗物質在內的總物質分布圖；暗物質本身不會發出或反射可直接偵測的光，但會透過重力留下痕跡。

把宇宙膨脹史與結構成長史放在一起比較，可以檢驗不同的宇宙加速解釋。結果可能支持暗能量的標準模型，也可能顯示我們需要重新理解重力或宇宙學。

如何尋找系外行星？

羅曼的銀河核球時域巡天，將反覆觀察朝向銀河系中心的密集星區，主要使用重力微透鏡方法。

當前景恆星恰好經過背景恆星與觀測者之間時，前景恆星的重力會暫時放大背景星光。如果前景恆星周圍有行星，行星可能在這段增亮曲線中造成短暫的額外訊號。

微透鏡特別適合尋找寒冷、低質量，甚至沒有母星的自由漂浮行星。這些天體可能很難透過凌日法或徑向速度法發現，因為它們不一定會週期性地從母星前方通過，也未必會對母星造成容易測量的長期擺動。

羅曼還搭載 日冕儀（Coronagraph Instrument）。它不是整項任務的主力巡天相機，而是一項技術示範，目標是遮蔽或抑制母恆星的強烈光芒，測試直接拍攝鄰近類太陽恆星周圍成熟、木星大小行星的能力。這些成果可協助未來發展直接拍攝更小、可能接近地球大小行星的太空望遠鏡。

羅曼的兩項主要儀器

廣域儀器（WFI）

WFI 是羅曼的主要科學儀器，負責大面積紅外線成像與光譜觀測。它配備多個濾鏡、光柵以及低解析度稜鏡，支援任務的宇宙學、星系演化、時域天文學與微透鏡系外行星研究。

日冕儀（Coronagraph Instrument）

日冕儀專注於高對比度直接成像技術。它的任務是示範如何阻擋或抑制恆星光，使旁邊亮度低得多的行星有機會被看見。這是一條重要的未來技術路線，但羅曼最具代表性的科學能力，仍是 WFI 的全景式大規模巡天。

羅曼、哈伯與韋伯如何分工？

羅曼並不是要取代哈伯或詹姆斯・韋伯太空望遠鏡。三者的觀測策略不同，反而能形成互補：

• 羅曼： 快速掃描廣大天空，找出宇宙規律、天體族群、瞬變事件與值得深入研究的目標。
• 哈伯： 持續提供銳利影像，並累積特定天體與區域的深厚觀測檔案。
• 韋伯： 針對選定目標進行更細緻的觀測，並以更高解析度與更長波長的紅外線能力研究更遙遠、更加古老的宇宙。

NASA 對三者的區分相當直接：羅曼負責巡查大片天空，哈伯與韋伯則聚焦特定天體或區域。 羅曼建立的大型地圖可以作為「發現層」與宇宙背景資料，讓其他望遠鏡把觀測時間集中在最有科學價值的目標上。

羅曼真正的影響力，可能來自「規模」

羅曼最受矚目的成果，可能包括新系外行星、對暗能量更精確的測量，以及更完整的宇宙結構地圖。但它更廣泛的影響力，將來自幾項能力的結合：銳利的紅外線成像、光譜觀測、重複巡天，以及大規模且公開的資料集。

這種做法讓天文學家既能研究宇宙如何膨脹、結構如何形成等宏觀問題，也能深入探索銀河系擁擠的中心、遙遠星系與未知行星系統等細節。

羅曼的核心創新不只是「看得更遠」，而是能在同一時間看見更多天空，把宇宙從一組組個別天體，轉化成可以測量、比較與統計分析的龐大族群。