在哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的繼任者中，以被譽(yù)為“哈勃之母”的天文學(xué)家南希·羅曼命名的望遠(yuǎn)鏡——羅曼望遠(yuǎn)鏡——是最重要兩個(gè)之一。它的主鏡面的直徑與哈勃相同，但它的視野是哈勃的第三代寬場(chǎng)照相機(jī)（WFC3）的紅外拍攝模式的視野的大約200倍，是哈勃的高級(jí)巡天照相機(jī)（ACS）視野的大約100倍，并且成像質(zhì)量不遜色于哈勃，因此被稱為“100個(gè)哈勃”。它有什么“黑科技”，又有什么樣的科學(xué)目標(biāo)？本文帶你走進(jìn)羅曼空間望遠(yuǎn)鏡的前世今生，領(lǐng)略它的強(qiáng)大

如果要評(píng)出當(dāng)今世界上最著名、最有影響力的天文望遠(yuǎn)鏡，那一定是美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）與歐洲航天局（ESA）擁有的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡（簡(jiǎn)稱“哈勃”）。在過(guò)去30年的時(shí)間里，哈勃獲得了海量的珍貴數(shù)據(jù)與美圖，重塑了過(guò)去30年人類對(duì)宇宙萬(wàn)物與宇宙自身的認(rèn)知。

但NASA并不滿足于哈勃獲得的成就。為了進(jìn)一步破解宇宙萬(wàn)物的奧秘，NASA規(guī)劃了多個(gè)未來(lái)的空間望遠(yuǎn)鏡，其中與哈勃同類的主要有詹姆斯·韋伯（James Webb）空間望遠(yuǎn)鏡（簡(jiǎn)稱“韋伯”）與南希·格蕾斯·羅曼（Nancy Grace Roman）空間望遠(yuǎn)鏡（簡(jiǎn)稱“羅曼”）。

羅曼的藝術(shù)想象圖 ｜ 來(lái)源：Neil Gehrels， Kevin Grady

在之前的文章（參見(jiàn)《哈勃望遠(yuǎn)鏡之母：空間天文學(xué)領(lǐng)域的“滅絕師太”》）中，我們介紹了“哈勃之母”南�！じ窭偎埂ち_曼（Nancy Grace Roman，1925－2018）的生平與成就。在這篇文章中，我們將介紹以她來(lái)命名的空間望遠(yuǎn)鏡的前世今生，它上面的儀器、它的科學(xué)目標(biāo)與其他一些重要信息。

羅曼的前世：鎖眼－11號(hào)衛(wèi)星的黑科技

羅曼的故事要從鎖眼－11號(hào)（KH－11）衛(wèi)星說(shuō)起。

鎖眼系列衛(wèi)星是美國(guó)偵察局（NRO）研制的偵查衛(wèi)星，其功能就是拍攝地面上的軍事目標(biāo)，因此它們本質(zhì)上是空間望遠(yuǎn)鏡，只是它們是在太空中對(duì)著地面拍照，而不是對(duì)著星空拍照。

鎖眼系列衛(wèi)星的每一代都有多個(gè)同款衛(wèi)星。在這個(gè)系列中，1976年12月19日由大力神III－D（Titan III－D）火箭送上太空的第一顆鎖眼－11號(hào)衛(wèi)星具有重要的轉(zhuǎn)折意義：它是世界上最早采用電荷耦合器件（CCD）替代傳統(tǒng)底片并用無(wú)線電信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)到地面的航天器。

鎖眼－11號(hào)結(jié)構(gòu)的藝術(shù)想象圖，圖中分別標(biāo)出了推進(jìn)器（Thruster）、航天電子設(shè)備（Avionics）、高分辨率相機(jī)（High－Resolution Camera）、中繼天線（Relay Antenna）、燃料箱（Fuel Tank）、主鏡面（Primary Mirror）與副鏡（Secondary Mirror） ｜ 來(lái)源：Trendsbuzz．com

這個(gè)模式直接影響了此后哈勃的設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)專家們一度想讓哈勃帶一個(gè)底片箱升空，用完底片后讓宇航員上去更換——如果是這樣，現(xiàn)在哈勃的海量精美照片是別指望了。鎖眼－11號(hào)改變了這一切。鎖眼－11號(hào)衛(wèi)星成功使用CCD拍照與無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸模式后，加州理工學(xué)院的科學(xué)家與工程師在設(shè)計(jì)“寬場(chǎng)與行星照相機(jī)（WFPC）”時(shí)也采用了CCD成像模式與無(wú)線傳輸模式。

1993年，由航天飛機(jī)送上太空的宇航員在太空中取出哈勃上面的WFPC ｜ 來(lái)源：NASA

鎖眼－11號(hào)衛(wèi)星的主鏡面的口徑是2．4米，與哈勃主鏡面的口徑一樣。這絕不是巧合。

當(dāng)年NASA設(shè)想的大型空間望遠(yuǎn)鏡（即后來(lái)的哈勃）的口徑為3米，后來(lái)因?yàn)轭A(yù)算太高而被卡了。為降低預(yù)算，NASA經(jīng)過(guò)評(píng)估，最后決定將望遠(yuǎn)鏡的口徑減小到2．4米。

為什么要降低到2．4米？因?yàn)殒i眼－11號(hào)的主鏡面口徑是2．4米，容納這個(gè)主鏡面的飛船系統(tǒng)是由洛克希德（Lockheed）公司根據(jù)這個(gè)尺寸定制。如果哈勃采用2．4米的主鏡面，洛克希德公司就可以直接制造容納這么大的鏡面的飛船。如果用其他尺寸，洛克希德就要重新設(shè)計(jì)不同尺寸的飛船后再制造，而這將推高預(yù)算。這使得哈勃的主鏡面口徑最終被定為2．4米。

此前網(wǎng)上有人說(shuō)哈勃的主鏡面是當(dāng)年鎖眼－11號(hào)不用的主鏡面，這是錯(cuò)誤的說(shuō)法。哈勃的主鏡面是由柏爾金－埃爾默（Perkin－Elmer）公司磨制的，而鎖眼－11號(hào)的主鏡面由�？怂估�斯（Exelis）公司制造。此外，鎖眼衛(wèi)星的鏡面磨得深，而哈勃的鏡面磨得淺得多。

盡管主鏡面來(lái)源不同，但哈勃太空船系統(tǒng)、CCD拍照、無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸模式（包括數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星的使用）甚至總重量都與鎖眼－11號(hào)高度相似。

2009年，維修之后被重新放回太空的哈勃 ｜ 來(lái)源：NASA

隨著技術(shù)的發(fā)展，NRO發(fā)展出更強(qiáng)更大的主鏡面，有兩個(gè)2．4米的主鏡面還沒(méi)被使用就被判定為“落伍”，然后就被擱在無(wú)塵室內(nèi)，每個(gè)月消耗10萬(wàn)美元的保管費(fèi)。作為對(duì)比，當(dāng)年哈勃放在無(wú)塵室時(shí)每月消耗600萬(wàn)美元的保管費(fèi)。

羅曼的今生：從1．3米到2．4米的躍變

兩塊“落伍”的鏡面靜靜躺在無(wú)塵室時(shí)，一個(gè)會(huì)在將來(lái)與它們中的一塊發(fā)生密切關(guān)聯(lián)的空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目啟動(dòng)了——聯(lián)合暗能量任務(wù)（Joint Dark Energy Mission），縮寫為JDEM。

這個(gè)項(xiàng)目由NASA與美國(guó)能源部（DOE）聯(lián)合出資開(kāi)發(fā)，用以探測(cè)神秘的“暗能量”——1998年，兩個(gè)互相競(jìng)爭(zhēng)的小組發(fā)現(xiàn)宇宙在幾十億年前開(kāi)始加速膨脹，后來(lái)科學(xué)家將推動(dòng)宇宙加速膨脹的神秘力量稱為暗能量。

根據(jù)規(guī)劃，用以研究暗能量的JDEM的主鏡面的口徑是1．3米，里面只有一個(gè)儀器，由成像器與光譜儀構(gòu)成。2010年，美國(guó)研究委員會(huì)10年巡天委員會(huì)將這個(gè)項(xiàng)目定為未來(lái)10年天文學(xué)的最高優(yōu)先級(jí)項(xiàng)目。

2012年，NRO的工作人員突然打電話給NASA的一個(gè)負(fù)責(zé)人，說(shuō)要贈(zèng)送2塊2．4米的主鏡給NASA。前提是只能用于空間項(xiàng)目之上。NRO如此慷慨的原因似乎是不想繼續(xù)為這兩塊鏡面付保管費(fèi)，但實(shí)際上如果將這兩塊鏡面拿去賣，不僅照樣不用支付保管費(fèi)，還可以賣個(gè)相當(dāng)好的價(jià)錢。所以NRO送鏡面給NASA，頗有“寶劍贈(zèng)英雄”的意味。

對(duì)于這個(gè)送上門的兩塊鏡面，NASA自然異常驚喜。經(jīng)過(guò)研究討論，NASA決定將其中一塊鏡面安裝到JDEM 之上，替代原來(lái)計(jì)劃安裝的1．3米口徑的主鏡面。這個(gè)變更，使JDEM的采光能力變?yōu)榇饲邦A(yù)期的3．4倍，而且其成像品質(zhì)可以與哈勃持平。

差不多同時(shí)期，JDEM項(xiàng)目的名稱被改為“寬場(chǎng)紅外巡天望遠(yuǎn)鏡－天體物理導(dǎo)向望遠(yuǎn)鏡資產(chǎn)”，英文縮寫為WFIRST－AFTA。2016年，WFIRST－AFTA被NASA正式立項(xiàng)。同年，項(xiàng)目名稱中的AFTA被省略，簡(jiǎn)稱為WFIRST。

這一時(shí)期，WFIRST的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人是著名的高能天體物理學(xué)家尼爾·格勒斯（Neil Gehrels，1952－2017），他曾經(jīng)主持NASA的多個(gè)非常重要的空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目——康普頓伽瑪射線天文臺(tái)（CGRO）、雨燕（Swift）衛(wèi)星等，具有非常豐富的空間望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目管理的經(jīng)驗(yàn)。2017年，格勒斯因胰腺癌病逝，杰弗雷·克魯克（Jeffrey Kruk）成為WFIRST項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。