兩週前（5/20），NASA
發布新聞，將計畫中的下一代太空望遠鏡命名為「南希·葛莉絲·羅曼太空望遠鏡 Nancy
Grace Roman Space Telescope」。這隻望遠鏡將是繼詹姆斯韋伯太空望遠鏡（JWST）之後，NASA
的下一個大型太空望遠鏡計畫。
圖片來源：NASA (WFIRST Project and Dominic Benford)
誰是羅曼？
南希·葛莉絲·羅曼（1925-2018）是著名的美國天文學家。在她生長的年代，科學界的性別平等遠不如今天，但她仍然努力撐過他人的冷眼與勸退，選擇攻讀天文並在取得博士學位，在恆星分類、星團運動等領域貢獻卓越。1959 年羅曼到 NASA 任職，並從此長年擔任 NASA 的首席天文學家，期間參與、主持許多 NASA 的太空望遠鏡計畫，比如著名的 COBE。而她對哈伯太空望遠鏡計畫的貢獻，則讓她獲得「哈伯之母」的稱號。
1972 年的羅曼博士，攝於 NASA 哥達德太空中心。圖片來源：NASA/ESA
望遠鏡
在被命名為羅曼太空望遠鏡之前，這個計畫稱為「廣域紅外巡天望遠鏡 WFIRST」。顧名思義，這是一台觀測紅外線，用於進行「巡天」，也就是觀測大範圍天空的望遠鏡。預計將在 2020 年代中期發射，運行於日地第二拉格朗日點。它在構造上與哈伯太空望遠鏡相當類似，使用一面直徑 2.4 公尺的主鏡，但是得益於三十年來的科技進步，羅曼可以在擁有與哈伯同等解析力下，拍攝範圍 100 倍大的影像。
羅曼太空望遠鏡的觀測視野與哈伯、韋伯太空望遠鏡的比較。圖片來源：NASA
對宇宙學家與星系天文學家來說，這樣的能力可謂夢寐以求。他們預計利用羅曼太空望遠鏡，拍攝早期宇宙中數以百萬計的大量星系與超新星，並對其中一部份進行更詳盡的光譜分析，藉由觀測這些星系的紅移、位置分佈、形狀、亮度、大小......等等資訊，可以回推出宇宙膨脹歷史（與暗能量有關）、星際間暗物質的分佈（利用重力透鏡效應）、尋找早期宇宙中的特殊星系、甚至是幫忙測量本星系群之中的恆星移動。
另一方面，系外行星學家也對它充滿期待。羅曼太空望遠鏡將藉由兩種方式來偵測系外行星：
一個是藉由「微重力透鏡 Microlensing」效應。當一顆恆星通過一個背景光源時，恆星的質量會扭曲周圍的時空並匯聚後方的光源，使得背景光源看起來像在短時間內快速的變亮、然後又恢復原狀，而且亮度變化的曲線有相當明顯的特徵。而如果這顆恆星旁邊有行星環繞，那行星的質量也將對亮度曲線造成影響。天文學家就能藉由分析亮度的變化曲線，來探測系外行星的存在。
微重力透鏡效應的示意圖。圖片來源：NASA, ESA, and K. Sahu (STScI)
第二個重點，羅曼將攜帶最先進的日冕儀（CGI），直接拍攝系外行星與原行星盤。
甚麼是日冕儀呢？顧名思義，它最早是為了研究太陽的日冕而發明的儀器。由於平常的太陽實在太亮，使得旁邊相對黯淡的日冕相當難以觀測，因此科學家發明了日冕儀，藉由複雜的光學系統，遮擋住視野中心來自太陽的強光，才能好好的拍攝、研究黯淡的日冕。而系外行星的探測中，由於系外行星本身又小又暗、又非常靠近明亮的母恆星，想要直接拍攝到他們，就像要你直視著汽車頭燈，然後尋找頭燈旁的蚊子一樣困難。因此，天文學家必須借助日冕儀的力量才能夠直接拍攝到它們。
哈伯太空望遠鏡 STIS 儀器的日冕儀拍攝的北落師門。藉由遮住中心恆星的強光，才能拍攝北落師門四周複雜的塵埃結構。圖片來源：NASA and ESA
而羅曼搭載的光譜儀，將更進一步利用各種特殊的光學元件，以及類似調適光學技術中採用的可變形鏡片，利用破壞性干涉來消除主恆星的光線，讓我們能看到主恆星旁邊，比恆星暗數百萬倍的系外行星。並進一步研究它們的光譜，看看他們溫度多高、是由甚麼組成、讓我們更加了解這些外星世界。
結語：值得期待的未來
作為 JWST 之後的下一款大型光學太空望遠鏡，天文學大尺度與小尺度的問題羅曼通通包辦。它將能夠以哈伯等級的解析度，拍攝廣大宇宙中數以百萬計中的星系來研究宇宙學與星系演化；同時，它搭載的新一代日冕儀將能讓我們更清楚的直接拍攝系外行星。羅曼太空望遠鏡將產出哪些令人驚艷的資料？又將如何協助我們揭開宇宙的神秘面紗？就讓我們拭目以待吧！
延伸閱讀
NASA 羅曼
WFIRST-2.4: What Every Astronomer Should Know
羅曼日冕儀的運作原理
圖片來源：NASA (WFIRST Project and Dominic Benford)
誰是羅曼？
南希·葛莉絲·羅曼（1925-2018）是著名的美國天文學家。在她生長的年代，科學界的性別平等遠不如今天，但她仍然努力撐過他人的冷眼與勸退，選擇攻讀天文並在取得博士學位，在恆星分類、星團運動等領域貢獻卓越。1959 年羅曼到 NASA 任職，並從此長年擔任 NASA 的首席天文學家，期間參與、主持許多 NASA 的太空望遠鏡計畫，比如著名的 COBE。而她對哈伯太空望遠鏡計畫的貢獻，則讓她獲得「哈伯之母」的稱號。
1972 年的羅曼博士，攝於 NASA 哥達德太空中心。圖片來源：NASA/ESA
望遠鏡
在被命名為羅曼太空望遠鏡之前，這個計畫稱為「廣域紅外巡天望遠鏡 WFIRST」。顧名思義，這是一台觀測紅外線，用於進行「巡天」，也就是觀測大範圍天空的望遠鏡。預計將在 2020 年代中期發射，運行於日地第二拉格朗日點。它在構造上與哈伯太空望遠鏡相當類似，使用一面直徑 2.4 公尺的主鏡，但是得益於三十年來的科技進步，羅曼可以在擁有與哈伯同等解析力下，拍攝範圍 100 倍大的影像。
羅曼太空望遠鏡的觀測視野與哈伯、韋伯太空望遠鏡的比較。圖片來源：NASA
另一方面，系外行星學家也對它充滿期待。羅曼太空望遠鏡將藉由兩種方式來偵測系外行星：
一個是藉由「微重力透鏡 Microlensing」效應。當一顆恆星通過一個背景光源時，恆星的質量會扭曲周圍的時空並匯聚後方的光源，使得背景光源看起來像在短時間內快速的變亮、然後又恢復原狀，而且亮度變化的曲線有相當明顯的特徵。而如果這顆恆星旁邊有行星環繞，那行星的質量也將對亮度曲線造成影響。天文學家就能藉由分析亮度的變化曲線，來探測系外行星的存在。
微重力透鏡效應的示意圖。圖片來源：NASA, ESA, and K. Sahu (STScI)
甚麼是日冕儀呢？顧名思義，它最早是為了研究太陽的日冕而發明的儀器。由於平常的太陽實在太亮，使得旁邊相對黯淡的日冕相當難以觀測，因此科學家發明了日冕儀，藉由複雜的光學系統，遮擋住視野中心來自太陽的強光，才能好好的拍攝、研究黯淡的日冕。而系外行星的探測中，由於系外行星本身又小又暗、又非常靠近明亮的母恆星，想要直接拍攝到他們，就像要你直視著汽車頭燈，然後尋找頭燈旁的蚊子一樣困難。因此，天文學家必須借助日冕儀的力量才能夠直接拍攝到它們。
哈伯太空望遠鏡 STIS 儀器的日冕儀拍攝的北落師門。藉由遮住中心恆星的強光，才能拍攝北落師門四周複雜的塵埃結構。圖片來源：NASA and ESA
而羅曼搭載的光譜儀，將更進一步利用各種特殊的光學元件，以及類似調適光學技術中採用的可變形鏡片，利用破壞性干涉來消除主恆星的光線，讓我們能看到主恆星旁邊，比恆星暗數百萬倍的系外行星。並進一步研究它們的光譜，看看他們溫度多高、是由甚麼組成、讓我們更加了解這些外星世界。
結語：值得期待的未來
作為 JWST 之後的下一款大型光學太空望遠鏡，天文學大尺度與小尺度的問題羅曼通通包辦。它將能夠以哈伯等級的解析度，拍攝廣大宇宙中數以百萬計中的星系來研究宇宙學與星系演化；同時，它搭載的新一代日冕儀將能讓我們更清楚的直接拍攝系外行星。羅曼太空望遠鏡將產出哪些令人驚艷的資料？又將如何協助我們揭開宇宙的神秘面紗？就讓我們拭目以待吧！
延伸閱讀
NASA 羅曼
WFIRST-2.4: What Every Astronomer Should Know
羅曼日冕儀的運作原理
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