羅曼的科學目標

羅曼上面的寬場設備與星冕儀的科學目標幾乎完全不同，只有極少一部分的交叉。

寬場設備的科學目標主要有：

○ 探測宇宙中各種距離上爆發(fā)的Ia型超新星，在其任務周期內(nèi)，羅曼可以探測到約2700顆各種距離上的Ia型超新星，最遠達到156億光年，它們發(fā)出的光穿行98億年才到達地球。

根據(jù)這些不同距離處Ia型超新星的距離，天文學家可以計算出宇宙的膨脹速度，得到宇宙的膨脹歷史。

結(jié)合羅曼發(fā)現(xiàn)的Ia型超新星得到的結(jié)果與重子聲波振蕩等方法得到的結(jié)果，天文學家還可以確定出幾個重要的宇宙學參數(shù)，更好地限制暗能量的性質(zhì)，確定宇宙的彎曲程度。

○ 觀測大量星系與類星體。由于其極高掃描效率與極強的采光能力，羅曼在其任務期間將拍攝到幾十億個星系，其中有4億個星系會被確定形狀，2千萬個星系會被采集到光譜。

特別是，羅曼將大批量發(fā)現(xiàn)宇宙年齡小于8億年甚至小于5億年時的星系。此前哈勃的多個“深場”項目已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些年輕宇宙中的星系。羅曼的視野比哈勃上的相機至少大100倍左右，因此可以發(fā)現(xiàn)的年輕宇宙中的星系的數(shù)目是當前已知的上百倍。

對不同時期的星系的研究，將幫助人們進一步理解星系的演化規(guī)律。

○ 觀測大量星系團。星系團由大量星系聚集而成。羅曼可以探測到大約4萬個大質(zhì)量的星系團，得到這些星系團的大尺度分布特征。

天文學家根據(jù)羅曼獲得的星系團與星系的數(shù)據(jù)，研究彌漫在星系與星系團內(nèi)部的暗物質(zhì)的分布特征以及相關的“引力透鏡”現(xiàn)象，進而確定出宇宙的大范圍結(jié)構(gòu)及其演化規(guī)律。

○ 觀測各類“暫現(xiàn)源”。所謂的暫現(xiàn)源，就是亮度快速變化的源，如恒星或白矮星爆炸導致的超新星、中子星與中子星／黑洞并合后產(chǎn)生的千新星，等等。通過研究這些重要的暫現(xiàn)源，人們可以深入了解恒星的演化規(guī)律。

○ 觀測銀河系與近距離星系內(nèi)的恒星、恒星遺跡與褐矮星。

哈勃 CANDELS 項目觀測到的超新星之一，將來羅曼也將發(fā)現(xiàn)更多各種類型超新星 ｜ 來源：NASA／ESA， HST

○ 利用“微引力透鏡”現(xiàn)象探測2平方度天區(qū)內(nèi)的系外行星。這個區(qū)域的大小大約是滿月的7倍。

微引力透鏡發(fā)現(xiàn)系外行星的原理是：恒星的引力會放大更遠處恒星的亮度，而伴隨恒星的行星對星光的亮度的放大作用會進一步放大星光亮度。

當充當“透鏡”的恒星經(jīng)過望遠鏡與遠處恒星的連線時，透鏡恒星使遠處星光的亮度持續(xù)變化，形成一條寬的亮度演化曲線，緊接著經(jīng)過連線的行星會在遠處星光的曲線上疊加一個尖峰。根據(jù)尖峰的亮度，可計算出行星的質(zhì)量。

利用微引力透鏡探測系外行星的原理，圖中黃色代表遠處恒星，中間白色圓為“透鏡恒星”，灰色圓為跟隨者透鏡恒星的行星。透鏡恒星經(jīng)過遠處恒星與望遠鏡之間的連線的前后，遠處星光的亮度變化形成一個寬峰；恒星帶著的行星經(jīng)過連線前后，使遠處星光的亮度變化多出一個尖峰，這個尖峰可以用來判斷系外行星的存在并計算出它的質(zhì)量｜ 來源：Paul Hertz， WFIRST－AFTA Science Definition Team Final Report

○ 觀測太陽系內(nèi)天體，如矮行星、彗星、小行星。

星冕儀的科學目標有：

○ 用直接成像法觀測至少幾十顆系外行星。使用星冕儀觀測到的數(shù)據(jù)，天文學家可以研究這幾十顆行星的大氣的溫度、云層中的鈉與鉀的譜線特征，確定出這些元素的含量、行星的重力與質(zhì)量。

帕洛瑪（Palomar）天文臺的508厘米口徑的海爾（Hale）望遠鏡用直接成像法拍出的圍繞恒星HR 8799運轉(zhuǎn)的3個系外行星的像。恒星發(fā)出的光已經(jīng)被星冕儀遮擋，用綠色叉表示 ｜ 來源：NASA／JPL－Caltech／Palomar Observatory

在觀測系外行星方面，羅曼的能力比哈勃強大得多，并可以與已經(jīng)退役的系外行星獵手開普勒（Kepler）望遠鏡與正在服役的凌星系外行星巡天衛(wèi)星（TESS）獲得的系外行星的數(shù)據(jù)互補。

我們可以發(fā)現(xiàn)，寬場設備與星冕儀在系外行星領域產(chǎn)生了交叉。據(jù)估計，在羅曼執(zhí)行任務期間，它可以發(fā)現(xiàn)大約2600顆系外行星，其中有370個系外行星的質(zhì)量約等于或小于地球的質(zhì)量。

在上面的基礎上，天文學家可以篩選出那些位于允許液態(tài)水存在并可能發(fā)展出生命的區(qū)域（“宜居帶”）的系外行星。這對于搜尋外星生命具有重要意義。

與哈勃、韋伯相比，羅曼優(yōu)勢何在？

哈勃在過去30年拍下了大量震撼人心的美圖，但卻很少拍攝近距離的星系的全景，這是因為近距離星系在天空中的視角遠大于哈勃上的儀器的視角，需要多次逐塊拍攝才可以拼接出全景圖。

我們在上面已經(jīng)簡單對比了羅曼與哈勃的視場大小。這里不妨用幾個非常重要的項目來進一步比較它們在掃描宇宙時的效率。

我們先看看它們在拍攝仙女座星系（M31）時的效率�！叭�色哈勃仙女座星系珍寶”（PHAT）項目組曾用哈勃拍攝仙女座星系的星系盤區(qū)域的三分之一。為完成這個目標，項目組用哈勃逐塊拍攝了大量照片，最后拼接了432個采集區(qū)域，得到一個大范圍的照片。

圖中鋸齒狀邊緣圍住的區(qū)域由哈勃望遠鏡拍攝的432的采集區(qū)域拼接得到，整個M31的照片為R． Gendler用地面望遠鏡所拍攝 ｜ 來源：Credit： NASA， ESA， J． Dalcanton， B． F． Williams， L． C． Johnson， the PHAT team， and R． Gendler