美國國家航空暨太空總署（NASA）南希-格蕾絲-羅曼太空望遠鏡（Nancy Grace Roman Space Telescope）上的羅曼日冕儀（Roman Coronagraph Instrument）將透過測試阻擋星光的新工具，揭示被母星強光掩蓋的行星，從而為尋找太陽系外的宜居世界鋪路。

羅曼號任務的日冕儀旨在展示日益先進的技術的威力。當它直接捕捉來自大型氣態系外行星以及其他恆星周圍的塵埃和氣體盤的光線時，它將為未來指明方向：與地球大小相當的岩質行星的單像素”圖像”。然後，光線可以擴散成彩虹光譜，揭示行星大氣中存在的氣體–可能是氧氣、甲烷、二氧化碳，甚至可能是生命跡象。資料來源：美國國家航空暨太空總署戈達德太空飛行中心

該技術演示最近從美國國家航空暨太空總署位於南加州的噴射推進實驗室（JPL）運往該局位於馬裡蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心，在那裡與太空觀測站的其他部分一起準備於2027 年5 月發射。

在進行跨國旅行之前，羅曼日冕儀對其阻擋星光的能力進行了最全面的測試–工程師稱之為”挖暗洞”。在太空中，這個過程將使天文學家能夠直接觀測其他恆星周圍行星或系外行星的光。一旦在”羅曼號”上得到驗證，未來任務中的類似技術就能讓天文學家利用這些光線來識別系外行星大氣中的化學物質，包括那些可能預示著生命存在的化學物質。

美國太空總署南希-格蕾絲-羅曼太空望遠鏡上的羅曼日冕儀將提高科學家直接為其他恆星周圍的行星成像的能力。作為有史以來在太空中飛行的最強大的日冕儀，它將展示未來任務可能使用的新技術，例如美國太空總署提議的宜居世界觀測站。來源：NASA/JPL-Caltech/GSFC

在暗洞測試中，研究團隊將日冕儀放置在一個密封艙中，以模擬太空中寒冷、黑暗的真空環境。他們利用雷射和特殊光學儀器，複製了一顆恆星發出的光，就像羅馬望遠鏡觀測到的那樣。當光線到達日冕儀時，儀器會使用被稱為遮罩的小圓形遮擋物來有效遮擋恆星，就像汽車遮陽板遮擋太陽或日全食時月亮遮擋太陽一樣。這使得恆星附近較暗的物體更容易被看到。

有面罩的日冕儀已經在太空中飛行，但它們無法探測到類似地球的系外行星。從另一個恆星系統看，我們的母星會比太陽暗約100 億倍，而且兩者距離相對較近。因此，試圖直接拍攝地球的影像，就好比試圖從3000 英里（約5000 公里）外看到燈塔旁的一粒生物發光藻類。使用先前的日冕儀技術，即使遮蔽恆星的眩光也會淹沒類地行星。

5 月17 日，在JPL，Roman Coronagraph 儀器小組的成員用起重機吊起了儀器存放的運輸貨櫃的上半部分，以便運往NASA 的戈達德太空飛行中心。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

羅曼日冕儀將展示一些技術，這些技術透過使用幾個可移動部件，能夠比以往的太空日冕儀去除更多不必要的星光。這些活動部件將使它成為第一個在太空中飛行的”主動”日冕儀。它的主要工具是兩面可變形的鏡子，每面鏡子的直徑只有2 英吋（5 公分），由2000 多個可上下移動的微小活塞支撐。這些活塞共同作用，改變可變形反射鏡的形狀，從而對罩邊緣溢出的不需要的雜散光進行補償。

羅曼日冕儀是如何運作的？這段影片展示了它如何去除多餘的星光，以揭示其他恆星周圍的行星。資料來源：美國太空總署戈達德太空飛行中心

可變形反射鏡也有助於修正羅曼望遠鏡其他光學系統的缺陷。雖然這些缺陷很小，不會影響羅曼望遠鏡的其他高精度測量，但它們會將雜散的星光送入暗洞。對每個可變形鏡片的形狀進行肉眼無法察覺的精確改變，可以彌補這些缺陷。

JPL羅曼日冕儀專案副經理趙峰說：”瑕疵非常小，影響也很小，我們必須進行100多次迭代，才能把它做對。這有點像你去看驗光師，他們會給你戴上不同的鏡片，然後問你’這個更好嗎？

在測試過程中，日冕儀相機的讀數顯示，中心恆星周圍有一個甜甜圈狀的區域，隨著研究團隊將更多的星光引離中心恆星，這個區域會慢慢變暗，因此被稱為”挖黑洞”。在太空中，當儀器利用其可變形的鏡子工作時，潛伏在這個黑暗區域的系外行星就會慢慢顯現出來。

這張圖顯示的是羅曼日冕儀的測試，工程師稱之為”挖黑洞”。左圖是只使用固定部件時星光漏入視場的情況。中間和右邊的影像顯示，當儀器的可移動部件工作時，更多的星光被移除。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

在過去的30 年裡，天文學家已經發現並確認了5000 多顆圍繞其他恆星的行星，但大多數都是間接探測到的，這意味著它們的存在是根據它們如何影響母恆星來推斷的。探測母恆星的這些相對變化比看到暗得多的行星訊號容易得多。事實上，只有不到70 顆系外行星直接成像。

迄今為止已經直接成像的行星都不像地球：它們大多更大、更熱，通常離恆星更遠。這些特徵使它們更容易被偵測到，但也不那麼適合我們所知的生命。

為了尋找潛在的宜居世界，科學家需要對行星進行成像，這些行星不僅比恆星暗數十億倍，而且要以適當的距離圍繞恆星運行，這樣行星表面才能存在液態水–這是地球上發現的生命的前身。

要開發直接拍攝類地行星影像的能力，還需要像羅曼攝譜儀這樣的中間步驟。它的最大能力可以為太陽這樣的恆星周圍的一顆類似木星的系外行星成像：這是一顆大而冷的行星，位於恆星宜居帶之外。

5 月17 日，JPL 的團隊成員在將儀器運往NASA 戈達德太空飛行中心的貨櫃外面的一面旗幟（上面有任務標誌）上簽下了自己的名字，以此向Roman Coronagraph 儀器道別。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

美國國家航空暨太空總署（NASA）從羅曼日冕儀中學到的知識將有助於為未來的飛行任務開闢一條道路，這些飛行任務旨在直接為在類太陽恆星的宜居帶中運行的地球大小的行星成像。關於未來望遠鏡的構想被稱為”宜居世界天文台”（Habitable Worlds Observatory），其目標是利用一台儀器對至少25顆與地球類似的行星進行成像，這台儀器將以羅曼攝譜儀在太空中的演示為基礎。

JPL的伊利亞-波貝雷茨基（Ilya Poberezhskiy）是羅曼日冕儀的專案系統工程師，他說：”要實現宜居世界天文台這樣的任務目標，像可變形反射鏡這樣的主動組件是必必不可少的。

編譯來源：ScitechDaily