NASA 罗曼太空望远镜表现超出预期近 30%

这一成就标志着罗曼太空望远镜朝着其雄心勃勃的使命迈出重要一步：调查暗物质、暗能量和其他宇宙奥秘。即便光学精度只有小幅改善，也能帮助罗曼在大范围巡天中拍摄更清晰图像。NASA戈达德太空飞行中心的宽场仪器系统工程师戴夫·希基说：“罗曼的大视野巡天都将依赖宽场仪器。研究暗物质和暗能量等许多主要目标，若没有宽场仪器都无法实现，因此看到它工作正常，既令人兴奋，也让人大松一口气。”NASA让罗曼强大的相机系统接受测试：在9月宽场仪器启动后，工程师开始全面测试，以确认每个部件单独运行以及作为完整系统一部分都能正常工作。第一要务是检查宽场仪器的18个探测器，每个大小接近一张便签，以及让它们工作的电子设备。团队随后评估了元件轮——一个装有滤光片和其他光学元件的旋转机构。元件轮可让特定波长的光到达探测器，并把进入的光分成不同颜色。接下来是仪器内部校准系统：工程师启动发光二极管（LED），这些LED充当可调光源，能按地面指令发出不同颜色和亮度；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，并进行修正以保证观测准确。工程师还测试仪器的对准机构，将其从发射时故意保持失焦的位置移到预计成像最锐利的位置，最后检查热控系统，确保各部件维持在正确工作所需温度。戈达德宽场仪器系统工程师马克西姆·里佐说，校准仪器就像音乐会前调钢琴或吉他，要把一切调整到满意状态，然后保持设定，以便使用时性能稳定。一组人员准备宽场仪器时，另一组人员优化望远镜整体光学对准。结果一开始就令人鼓舞：罗曼的镜子和光学部件已经以很高精度就位，工程师只需做微小修正。NASA戈达德的罗曼光学系统负责人马修·博尔卡说，由于发射前在地面完成了出色准备，即便尚未开始调整全部镜子和其他光学元件，望远镜性能也已经优秀；戈达德以及承包商L3Harris、BAE太空与任务系统所做的测试和建模，使团队只需少量修正就能达到近乎完美对准。对航天器而言达到这种精度尤其困难：发射过程会让精密设备发生微小位移，轨道环境也与地球明显不同。罗曼于8月30日发射，携带了离开地球前经过精细测试的光学系统。博尔卡说，地面测试无法完全复现罗曼在太空中遭遇的环境，例如失重，温度变化和空气湿度也有轻微差异；尽管有这些挑战，近期评估显示地面测试非常出色，两台仪器均达到或超过预测性能。比头发丝更小的镜面调整：罗曼依靠复杂镜子和光学部件收集遥远天体光线，并导向两台科学仪器；要让图像保持清晰，光线必须沿着极精确路径传播。哪怕极小偏差，也会影响望远镜把光聚焦的准确度。幸运的是，罗曼光学系统原本对齐得很好，只需极小移动即可提升性能。在NASA戈达德从事罗曼工作的资深光学工程师奥尔登·朱尔林说，团队将次镜移动了约一根头发丝直径的十六分之一；这略微改变了次镜相对于主镜的高度。如果把这一高度比例放大到帝国大厦那么高，相当于在塔尖上只叠了大约一枚美分硬币带来的高度变化。虽然人类尺度几乎无法体会，但对设计用来研究极其遥远天体的望远镜，这种微小调整会产生重要差别。团队最初重点处理罗曼日冕仪，它此前产生略失焦图像；不过问题比工程师预期更轻，因此相对容易修正。日冕仪现在达到团队严格的性能期望。工程师将继续优化其相机设置，并确定变形镜最佳配置；变形镜能改变形状，对进入的光线做极精细修正。未来几周，团队计划测试日冕仪遮挡不需要光线的能力，这对观测明亮天体附近的暗弱天体非常重要。在日冕仪对焦优化后，工程师回到宽场仪器做下一轮调整。图像质量超出预期近30%：最终测量显示，宽场仪器光学性能比团队预测提升近30%，图像质量超出预期。发射前，工程师设定成像质量要求约为90纳米均方根（RMS）；这一指标描述系统中光学误差大小，即进入的光偏离理想完美聚焦波前的距离。90纳米大约比一根头发丝细1000倍。在这个极小尺度上，看似微不足道的缺陷也可能影响天文图像清晰度。最新修正后，工程师测得光学误差仅63纳米均方根，明显优于原要求。这意味着罗曼有望产生比设计者最初预期更锐利的图像，增强其在广阔天空区域开展细致观测的能力。朱尔林说，罗曼全部巡天图像都会比预期更清晰，这是多年细致建模、精密计量和测试的成果。由于两台科学仪器都达到或超过预计性能，罗曼在常规观测准备中越过又一重要里程碑。这些结果凸显望远镜设计的非凡精度，也为它即将开展的宇宙隐藏结构与演化研究带来令人期待的前景。