科学研究 - 挑战“暗黑之谜”——美国罗曼太空望远镜发射成功，日本也参与开发

作为继“哈勃”和“詹姆斯·韦布”之后开发的大型太空望远镜，美国国家航空航天局（NASA）的“南希·格雷斯·罗曼太空望远镜”（简称罗曼望远镜）成功发射。宇宙在加速膨胀，罗曼望远镜将挑战被认为推动宇宙加速膨胀的神秘暗能量等重大谜题。未来，直接观测太阳系外类地行星的技术验证也是其重要任务，日本参与了设备开发等相关工作。

南希·格雷斯·罗曼太空望远镜想象图

顶住美国政府的政策阻力，终于开启征程

罗曼望远镜于日本时间8月30日晚，从美国佛罗里达州肯尼迪航天中心由美国SpaceX公司的大型火箭“猎鹰重型”发射升空。约31分钟后，在高度约700公里处被送入预定轨道，发射取得成功。在推进观测准备的同时，罗曼望远镜将耗时约3个月时间抵达距地球150万公里、地球与太阳引力达到平衡的“拉格朗日点2（L2）”。这是一个适合望远镜这类轻质航天器驻留并可节省燃料的观测位置。NASA预计在明年初首次公开观测图像。

罗曼望远镜以近红外线为主观测，也可用可见光捕捉宇宙星体，展开后长12.7米、宽4.4米，大小相当于一辆大型巴士。除燃料外的重量为8吨。主镜口径与哈勃太空望远镜同为2.4米，但据称通过技术革新，重量减轻至哈勃的四分之一。观测计划周期为5年，开发与运行费用共计43亿美元（约6900亿日元）。其名称于2020年以NASA首任首席天文学家、被称为“哈勃太空望远镜之母”的南希·格雷斯·罗曼（1925～2018年）的名字命名。

开发工作于2010年代前半期启动。在特朗普政府的预算案中多次面临中止危机，但联邦议会予以否决，计划才得以维持。原计划2027年5月发射，但因开发进展顺利而大幅提前。

NASA科学局副局长妮基·福克斯表示：“罗曼望远镜将最大限度地回答人类关于宇宙历史的深远疑问。它具备广阔的视野和快速的观测能力。它将引领我们进入发现的新时代，使看不见的东西可视化，并为太阳系外生命探索奠定基础。”

（左）搭载罗曼望远镜发射升空的猎鹰重型火箭；（右）从火箭上级分离的罗曼望远镜（中央后方）/（图片均取自NASA电视直播，日本时间8月30日晚）

神秘的暗能量，探索其真实面貌

罗曼望远镜搭载两台主要科学设备。一个是“广视野成像装置”，也就是相机。其具备和哈勃望远镜同等的精度与分辨率，视野却达到哈勃的200倍。其主要作用是尝试验证被认为是宇宙加速膨胀原因的暗能量。

宇宙正在膨胀是在1920年代后半期被查明，1998年又发现其膨胀正在不断加速。此前也曾认为宇宙会因物质之间作用的引力而最终收缩并坍塌，但这一看法被彻底推翻。为解释这一现象，科学界假设存在一种神秘的暗能量。这种暗能量占宇宙物质与能量的68.3％，被视为现代宇宙论最大的谜团。

促成宇宙加速膨胀这一重大发现的线索来自恒星在生命终结时发生的一种爆炸——“Ia型超新星”。由于爆炸亮度在物理上几乎相同，因此考虑观测地点看到的视亮度即可测量距离，被视为“宇宙的量尺”。

罗曼望远镜虽无法彻底查明这种暗能量的真身，但它将利用广视野成像装置观测远达100亿光年的数千颗Ia型超新星和数亿个星系，高精度测算出宇宙膨胀率等。以此加深对暗能量如何影响宇宙膨胀的理解。

它还将调查宇宙结构的形成、星系演化的历史，以及有引力却无法直接观测的暗物质的分布。

罗曼望远镜（左上）与詹姆斯·韦布望远镜（左下）联动的概念图。罗曼利用广视野成像装置发现有趣天体和现象后，韦布可立即进行详细追踪观测（供图：NASA）

力求广泛掌握系外行星

另一个重要观测对象是系外行星。顾名思义，就是太阳系以外的行星。1992年首次在中子星周围、1995年首次在恒星周围发现系外行星。目前已发现6300颗以上。不断发现大量紧邻恒星的类木星巨行星、炽热岩石行星，展现出和太阳系截然不同的面貌，促使人类修正传统行星形成理论。能否找到存在氧气、甲烷、水等生命潜在信号的“第二地球”，成为一大关注焦点。系外行星研究通过了解太阳系之外的“天体”，能够加深对太阳系、地球以及生命存在的认识。

罗曼望远镜将利用广视野成像装置，预计可在银河系中心附近发现约1400颗系外行星。其方法是“引力微透镜法”，即捕捉行星引力像透镜一样作用、放大从其背后经过的恒星光的现象。地面观测主要采用观测行星从恒星前方经过导致减光的“凌星法”，以及捕捉行星引力使恒星晃动、使光波长变化的“多普勒法”。

处于开发最后阶段的罗曼望远镜（供图：NASA，2025年11月）

已发现的系外行星种多为恒星附近的热行星或重行星。受观测手段和精度限制，还无法像太阳系的“水金地火木土天海”八大行星那样，实现大范围捕捉。因此，罗曼望远镜将利用引力微透镜法，挑战观测距恒星较远的行星以及不同质量的行星。这将广泛捕捉系外行星，有望加深对行星形成等的理解。

系外行星探测，日本贡献设备开发等

另一台设备是“日冕仪直接成像装置”。日冕仪最初用于观测被称为日冕的太阳大气而开发。它用圆盘遮挡太阳本体的光，让外围暗淡的日冕光能够被观测。罗曼望远镜将其应用于系外行星观测，遮蔽明亮恒星，观测其极近处暗淡的行星。NASA计划在下一代大型太空望远镜构想“宜居世界天文台”中实现类地行星观测，该设备即为该计划开展技术验证。

在国立研究开发法人宇宙航空研究开发机构（JAXA）宇宙科学研究所担任罗曼望远镜团队负责人的山田亨教授在发射前记者会上解释说：“日冕仪装置与广视野成像装置相反，会尽可能降低主星（恒星）的光，观测主星附近区域。罗曼望远镜还无法观测类地行星。但有望观测到体形更大的系外行星”。

美笹深空探测地面站（供图：JAXA，于长野县佐久市）

日本研究团队除提供日冕仪装置的掩膜基板和光学元件外，还将通过JAXA美笹深空探测地面站（长野县）接收海量观测数据、国立天文台斯巴鲁望远镜（美国夏威夷州）和大阪大学等PRIME望远镜（南非）开展协同观测等方式做出贡献。该项目以JAXA宇宙科学研究所为中心，大阪大学、天体生物学中心、国立天文台、福井工业大学、东京大学等研究者将参与其中。据悉，以往日本研究者都是利用哈勃、詹姆斯·韦布望远镜的观测数据取得研究成果，而本次是日本首次组织化参与大型空间望远镜的开发与运行工作。

海外方面，欧洲空间局（ESA）、法国国家空间研究中心（CNES）、德国马克斯·普朗克天文研究所等也参与其中。

关于罗曼望远镜，天体生物学中心的田村元秀特命教授表示：“像地球这样质量较轻的行星，位于距恒星多远的地方？换言之，太阳系是否是特别的存在。该望远镜终于可以对这个问题给出统计学层面的答案，意义重大。它同时还承担宜居世界天文台的技术验证任务，该天文台旨在探寻生命迹象，这确实是一台意义非凡的望远镜”。

据称，罗曼女士生前被问及“哈勃望远镜最有趣的发现是什么”时，她给出的答案正是暗能量。哈勃望远镜证实了宇宙加速膨胀的初期测定结果，助力这一重大发现。罗曼女士还在1959年发表过触及系外行星观测可能性的论文。宇宙的谜团无穷无尽。如今，以望远镜之姿“重生”的她，接过了求知好奇心的接力棒。