五大太空探测新神器

2021年12月25日，詹姆斯·韦伯空间望远镜发射升空。它之后还有几款史诗般的探测神器会逐一升空，从多个角度为我们揭开宇宙的神秘面纱。

罗曼空间望远镜

这台空间望远镜原名宽视场红外巡天望远镜，后更名为南希·格雷斯·罗曼太空望远镜，简称罗曼空间望远镜，以此纪念美国天文学家、“哈勃望远镜之母”南希·格雷斯·罗曼。

罗曼空间望远镜的主镜大小跟哈勃望远镜相同，但全景视野是后者的100倍。天文学家将根据它的拍摄结果制作第一张广域红外宇宙图，为解开暗物质和暗能量等谜团提供帮助。另外，它将携带一个日冕仪，以帮助研究太阳系以外的世界。

罗曼空间望远镜预计在2027年发射。它将借助引力微透镜通过背景星光的微小变化来发现潜在的数百万颗系外行星，揭示星系“在宇宙时间内”的演变，帮助天文学者了解银河系的形成、观察微弱的天体和宇宙的其他特征。

为了进一步提升罗曼空间望远镜的观测效率，美国宇航局还将发射一个后续航天装备——“星影”。这个花瓣状的航天器可以与望远镜一起飞行，作用是阻挡阳光，并帮助它观测到附近较暗的行星。

罗曼空间望远镜携带的光谱工具不但能观察来自空间天体的光线，还可以将它们“涂抹”成彩虹色。这会帮助天文学家更好地了解所观测的天体细节，了解恒星的形成、星系的历史和目前的状态等。

大型紫外/光学/红外探测器

这是一个巨型多波段、全能型空间望远镜，是哈勃太空望远镜的真正“继承者”，可以用于红外线、可见光和紫外线观测，执行观察遥远的系外行星以确定它们是否适合居住等天文研究任务。该望远镜目前处于设计阶段，将在本世纪30年代的某个时候发射。

这台超级望远镜有能力观察遥远星系内部的恒星新生区域，并绘制宇宙临近空间中的暗物质分布地图。它还可以认证极早期宇宙中的第一缕星光，并直接拍摄土星和木星的冰冻小卫星表面喷泉或火山喷发等现象，获取分辨率达到每像素约200米的冥王星以及其他柯伊伯带天体图像。

按照目前的设计，这部探测器将帮助天文学家直接获取并分析遥远的系外类地行星大气成分光谱，从而搜寻生命的痕迹。目前最接近地球的候选目标是开普勒-452b，这颗系外行星围绕一颗与太阳相似的恒星运行，质量要比地球大60%左右。

望远镜的镜面直径超过15米。根据一般概率估算，一台口径达到16米的空间望远镜，有可能找到多达100个与地球接近的系外行星世界，而且它能大大缩短搜寻时间。这意味着在相同的寿命周期内，更大口径望远镜的效率优势将更加突显。

HabEx望远镜

HabEx望远镜专门为搜索行星而设计，执行“宜居系外行星成像任务”。也就是说，它的主要任务是探测环绕其他恒星的行星生命迹象，弄清楚宇宙中生命是否普遍存在。

天文学家一直致力于搜寻与地球类似的行星，这些行星围绕着类日恒星运行。不过发现这类行星只是开始，还需要研究它们的大气层，寻找生命存在的生物信号。如果某颗行星的大气层富含氧气，就可能表明该天体上光合作用比较活跃;倘若大气层中存在大量甲烷，则可能意味着那里有类似细菌的生物体。

尽管天文学家间接发现了数千个系外行星，但只有少数几个从恒星的眩光中羞涩地出现。现在的望远镜无法捕捉到它们的微弱光，更不用说利用它来寻找氧气、甲烷和其他生物特征的迹象了。而HabEx望远镜的4米主镜与一个星罩协同工作，可以在离望远镜12.4万千米外飘浮并阻挡恒星的光线，这样望远镜就能直接拍摄系外行星，尽管亮度只有恒星的百亿分之一。它还有一个可以阻挡星光的日冕仪，可以遮蔽中心恒星，便于观测恒星周围的昏暗灰尘盘，对附近的行星系统进行调查，找出最有希望的类地行星。

HabEx望远镜计划于2035年发射。除了主要任务之外，它还将用于天体物理学研究，例如观测早期宇宙、研究最大恒星以超新星方式爆炸前后的化学成分。

激光干涉空间天线

引力波通过波的形式从辐射源向外传播，以引力辐射的形式传输能量。换句话说，引力波是物质和能量的剧烈运动和变化所产生的一种物质波。

2015年，科学家首次探测到黑洞和中子星碰撞产生的引力波，即时空中的涟漪。黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体，中子星则是除黑洞外密度最大的星体。

激光干涉空间天线由美国宇航局和欧洲航天局合作开发，是一个位于太空的引力波观测站，将瞄准地面引力波探测器无法探测到的引力波源，如超大质量黑洞碰撞产生的引力波以及银河系内致密天体合并产生的引力波。

激光干涉空间天线将于2034年发射升空，位于L1拉格朗日点，这是地球与太阳之间的一个重力中点，距离地球约100万千米。

该太空引力波探测器由3个航天器组成，以三角形排列，各自相距250万千米，一起围绕太阳运行。3个航天器通过相互反射彼此发射的测距激光，并借助自身距离之间的数值变化，可以精确测算出对航天器进行干扰的引力波动，借此可以对宇宙中黑洞，或者其他具有超强引力场的星球对太阳系造成的影响进行分析。

激光干涉空间天线将对引力波天文学的理论和实验研究、广义相对论的一些实验观测，以及早期宇宙天体物理学和宇宙学研究有重要意义。

柏拉图太空望远镜

行星凌日与恒星振荡太空望远镜，即柏拉图太空望远镜，计划于2026年发射，将搜索100万颗太阳系外的恒星，探测绕这些恒星旋转的行星，高精度测量这些系外行星的半径范围、质量和年龄。

柏拉图太空望远镜的特别之处在于专注于系外恒星系统的“宜居区”，搜索岩石态系外行星的蛛丝马迹。宜居区指的是星系统中温度适合液态水存在的狭窄区域。该镜携带能够探测此类天体的设备，可以告诉科学家这些天体与地球的相似程度。

在此之前，科学家也发射过类似的系外行星“猎手”，但这些望远镜只能看到离恒星很近的行星，而柏拉图太空望远镜会把观察每颗恒星上的时间延长，与此同时探测到距离这些恒星更远、轨道周期更长的行星。

柏拉图太空望远镜提供的数据将有助于科学家解决一系列关键问题，比如银河系内的行星是如何形成和演化的，以及适应生命繁衍生息的岩石态行星存在的概率等。