宇航局工具准备拍摄遥远行星的图像

美国宇航局南希·格雷斯·罗马太空望远镜上的罗马日冕仪将通过测试阻挡星光的新工具，揭示被母恒星的眩光隐藏的行星，为寻找太阳系外的宜居世界铺平道路。该技术演示最近从美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室运往该机构位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心，在那里它与太空天文台的其他部分一起准备在2027年5月发射。

在越野旅行之前，罗马日冕仪对其星光阻挡能力进行了迄今为止最全面的测试——工程师称之为“挖掘黑洞”。在太空中，这一过程将使天文学家能够直接观察来自其他恒星周围行星或系外行星的光。一旦在罗马卫星上得到验证，类似的技术在未来的任务中可以使天文学家利用这种光来识别系外行星大气中的化学物质，包括那些可能表明生命存在的化学物质。

美国宇航局南希·格雷斯·罗马太空望远镜上的罗马日冕仪将提高科学家直接对其他恒星周围的行星成像的能力。作为有史以来在太空飞行的最强大的日冕仪，它将展示可能被美国宇航局提议的宜居世界天文台等未来任务使用的新技术。图片来源：NASA/JPL-Caltech/GSFC

让测试开始吧

为了进行黑洞测试，研究小组将日冕仪放置在一个密封的腔室中，该腔室旨在模拟寒冷、黑暗的太空真空。他们使用激光和特殊光学器件，复制了罗马望远镜观测到的恒星发出的光线。当光线到达日冕仪时，该仪器会使用称为遮光罩的小圆形遮蔽物有效地遮挡恒星，就像汽车遮阳板遮挡太阳或日全食期间月亮遮挡太阳一样。这使得恒星附近较暗的物体更容易被看到。

戴着面具的日冕仪已经在太空中飞行，但它们无法探测到类地系外行星。从另一个恒星系统来看，我们的家乡星球看起来比太阳暗约100亿倍，而且两者距离相对较近。因此，尝试直接拍摄地球图像就像尝试从3,000英里(约5,000公里)外观看灯塔旁边的一粒生物发光藻类一样。借助以前的日冕技术，即使是蒙面恒星的光芒也能压倒类地行星。

罗马日冕仪将展示通过使用多个可移动组件去除比过去的太空日冕仪更多不需要的星光的技术。这些移动部件将使其成为第一台在太空飞行的“主动”日冕仪。它的主要工具是两块可变形镜子，每块镜子的直径只有2英寸(5厘米)，并由2000多个可上下移动的小活塞支撑。活塞共同作用来改变可变形镜子的形状，以便它们可以补偿在掩模边缘周围溢出的不需要的杂散光。

可变形镜子还有助于纠正罗马望远镜其他光学器件的缺陷。尽管它们太小，无法影响罗曼的其他高精度测量，但这些缺陷可能会将杂散的星光送入黑洞。对每个可变形镜子的形状进行的肉眼难以察觉的精确改变弥补了这些缺陷。

JPL罗马日冕仪项目副经理FengZhao表示：“这些缺陷非常小，而且影响也很小，我们必须进行100多次迭代才能使其正确。”“这有点像当你去看验光师时，他们戴上不同的镜片并问你，‘这个更好吗?这个怎么样?’日冕仪的表现甚至比我们希望的还要好。”

在测试过程中，日冕仪相机的读数显示，中心恒星周围有一个甜甜圈形状的区域，随着团队将更多的星光引向远离它的区域，该区域慢慢变暗，因此得名“挖掘黑洞”。在太空中，当仪器利用其可变形镜子进行工作时，潜伏在这个黑暗区域的系外行星会慢慢出现。

适宜居住的世界

过去30年，已有5,000多颗行星被发现并确认围绕其他恒星存在，但大多数都是间接发现的，这意味着它们的存在是根据它们如何影响母恒星推断出来的。检测母恒星的这些相对变化比看到暗淡得多的行星的信号要容易得多。事实上，直接拍摄到的系外行星不到70颗。

迄今为止直接成像的行星与地球不同：大多数行星更大、更热，而且通常距离恒星更远。这些特征使它们更容易被发现，但也不太适合我们所知的生命。

为了寻找潜在的宜居世界，科学家需要对行星进行成像，这些行星不仅比恒星暗数十亿倍，而且还以适当的距离绕它们运行，以便液态水存在于行星表面——这是所发现的生命类型的前身。在地球上。

开发直接对类地行星成像的能力需要像罗马日冕仪那样的中间步骤。在其最大能力下，它可以成像一颗类似于木星的系外行星围绕着像我们的太阳这样的恒星：一颗位于恒星宜居带之外的巨大而凉爽的行星。

美国宇航局从罗马日冕仪上获得的信息将有助于为未来的任务开辟道路，这些任务旨在直接拍摄围绕太阳类恒星宜居带运行的地球大小的行星。该机构对未来望远镜的概念称为宜居世界观测站，旨在使用一种以罗马日冕仪在太空中展示的仪器为基础的仪器拍摄至少25颗与地球相似的行星。

喷气推进实验室的罗马日冕仪项目系统工程师IlyaPoberezhskiy表示：“如果你想实现宜居世界天文台这样的任务目标，像可变形镜子这样的主动组件是必不可少的。”“罗马日冕仪的主动性质使您可以将普通光学器件提升到一个不同的水平。它使整个系统变得更加复杂，但如果没有它，我们就无法完成这些令人难以置信的事情。”