科學研究 - 挑戰「暗黑之謎」——美國羅曼太空望遠鏡發射成功，日本也參與開發

作為繼「哈伯」和「詹姆斯·韋布」之後開發的大型太空望遠鏡，美國國家航空與太空總署（NASA）的「南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡」（簡稱羅曼望遠鏡）成功發射。宇宙在加速膨脹，羅曼望遠鏡將挑戰被認為推動宇宙加速膨脹的神秘暗能量等重大謎題。未來，直接觀測太陽系外類地行星的技術驗證也是其重要任務，日本參與了設備開發等相關工作。

南希·格雷斯·羅曼太空望遠鏡想像圖

頂住美國政府的政策阻力，終於開啟征程

羅曼望遠鏡於日本時間8月30日晚，從美國佛羅裡達州甘迺迪航太中心由美國SpaceX公司的大型火箭「獵鷹重型」發射升空。約31分鐘後，在高度約700公里處被送入預定軌道，發射取得成功。在推進觀測準備的同時，羅曼望遠鏡將耗時約3個月時間抵達距地球150萬公里、地球與太陽引力達到平衡的「拉格朗日點2（L2）」。這是一個適合望遠鏡這類輕質太空船駐留並可節省燃料的觀測位置。NASA預計在明年初首次公開觀測圖像。

羅曼望遠鏡以近紅外光線為主觀測，也可用可見光捕捉宇宙星體，展開後長12.7米、寬4.4米，大小相當於一輛大型巴士。除燃料外的重量為8噸。主鏡口徑與哈伯太空望遠鏡同為2.4米，但據稱透過技術革新，重量減輕至哈伯的四分之一。觀測計畫週期為5年，開發與運行費用共計43億美元（約6900億日圓）。其名稱於2020年以NASA首任首席天文學家、被稱為「哈伯太空望遠鏡之母」的南希·格雷斯·羅曼（1925～2018年）的名字命名。

開發工作於2010年代前半期啟動。在川普政府的預算案中多次面臨中止危機，但聯邦議會予以否決，計畫才得以維持。原計畫2027年5月發射，但因開發進展順利而大幅提前。

NASA科學局副局長妮基·福克斯表示：「羅曼望遠鏡將最大限度地回答人類關於宇宙歷史的深遠疑問。它具備廣闊的視野和快速的觀測能力。它將引領我們進入發現的新時代，使看不見的東西可視化，並為太陽系外生命探索奠定基礎。」

（左）搭載羅曼望遠鏡發射升空的獵鷹重型火箭；（右）從火箭上級分離的羅曼望遠鏡（中央後方）/（圖片均取自NASA電視直播，日本時間8月30日晚）

神秘的暗能量，探索其真實面貌

羅曼望遠鏡搭載兩臺主要科學設備。一個是「廣視野成像裝置」，也就是相機。其具備和哈伯太空望遠鏡同等的精度與解析度，視野卻達到哈伯的200倍。其主要作用是嘗試驗證被認為是宇宙加速膨脹原因的暗能量。

宇宙正在膨脹是在1920年代後半期被查明，1998年又發現其膨脹正在不斷加速。此前也曾認為宇宙會因物質之間作用的引力而最終收縮並坍塌，但這一看法被徹底推翻。為解釋這一現象，科學界假設存在一種神秘的暗能量。這種暗能量佔宇宙物質與能量的68.3％，被視為現代宇宙論最大的謎團。

促成宇宙加速膨脹這一重大發現的線索來自恆星在生命終結時發生的一種爆炸——「Ia型超新星」。由於爆炸亮度在物理上幾乎相同，因此考慮觀測地點看到的視亮度即可測量距離，被視為「宇宙的量尺」。

羅曼望遠鏡雖無法徹底查明這種暗能量的真身，但它將利用廣視野成像裝置觀測遠達100億光年的數千顆Ia型超新星和數億個星系，高精度測算出宇宙膨脹率等。以此加深對暗能量如何影響宇宙膨脹的理解。

它還將調查宇宙結構的形成、星系演化的歷史，以及有引力卻無法直接觀測的暗物質的分佈。

羅曼望遠鏡（左上）與詹姆斯·韋布望遠鏡（左下）聯動的概念圖。羅曼利用廣視野成像裝置發現有趣天體和現象後，韋布可立即進行詳細追蹤觀測（圖片提供：NASA）

力求廣泛掌握系外行星

另一個重要觀測對象是系外行星。顧名思義，就是太陽系以外的行星。1992年首次在中子星周圍、1995年首次在恆星周圍發現系外行星。目前已發現6300顆以上。不斷發現大量緊鄰恆星的類木星巨行星、熾熱岩石行星，展現出和太陽系截然不同的面貌，促使人類修正傳統行星形成理論。能否找到存在氧氣、甲烷、水等生命潛在信號的「第二地球」，成為一大關注焦點。系外行星研究透過了解太陽系之外的「天體」，能夠加深對太陽系、地球以及生命存在的認識。

羅曼望遠鏡將利用廣視野成像裝置，預計可在銀河系中心附近發現約1400顆系外行星。其方法是「引力微透鏡法」，即捕捉行星引力像透鏡一樣作用、放大從其背後經過的恆星光的現象。地面觀測主要採用觀測行星從恆星前方經過導致減光的「凌星法」，以及捕捉行星引力使恆星晃動、使光波長變化的「多普勒法」。

處於開發最後階段的羅曼望遠鏡（圖片提供：NASA，2025年11月）

已發現的系外行星種多為恆星附近的熱行星或重行星。受觀測手段和精度限制，還無法像太陽系的「水金地火木土天海」八大行星那樣，實現大範圍捕捉。因此，羅曼望遠鏡將利用引力微透鏡法，挑戰觀測距恆星較遠的行星以及不同質量的行星。這將廣泛捕捉系外行星，有望加深對行星形成等的理解。

系外行星探測，日本貢獻設備開發等

另一台設備是「日冕儀直接成像裝置」。日冕儀最初用於觀測被稱為日冕的太陽大氣而開發。它用圓盤遮擋太陽本體的光，讓外圍暗淡的日冕光能夠被觀測。羅曼望遠鏡將其應用於系外行星觀測，遮蔽明亮恆星，觀測其極近處暗淡的行星。NASA計畫在下一代大型太空望遠鏡構想「宜居世界天文臺」中實現類地行星觀測，該設備即為該計畫開展技術驗證。

在國立研究開發法人宇宙航空研究開發機構（JAXA）宇宙科學研究所擔任羅曼望遠鏡團隊負責人的山田亨教授在發射前記者會上解釋說：「日冕儀裝置與廣視野成像裝置相反，會儘可能降低主星（恆星）的光，觀測主星附近區域。羅曼望遠鏡還無法觀測類地行星。但有望觀測到體形更大的系外行星」。

美笹深空探測地面站（圖片提供：JAXA，於長野縣佐久市）

日本研究團隊除提供日冕儀裝置的掩膜基板和光學元件外，還將透過JAXA美笹深空探測地面站（長野縣）接收海量觀測資料、國立天文臺斯巴魯望遠鏡（美國夏威夷州）和大阪大學等PRIME望遠鏡（南非）開展協同觀測等方式做出貢獻。該項目以JAXA宇宙科學研究所為中心，大阪大學、天體生物學中心、國立天文臺、福井工業大學、東京大學等研究者將參與其中。據悉，以往日本研究者都是利用哈伯、詹姆斯·韋布望遠鏡的觀測資料取得研究成果，而本次是日本首次組織化參與大型太空望遠鏡的開發與運行工作。

海外方面，歐洲空間局（ESA）、法國國家空間研究中心（CNES）、德國馬克斯·普朗克天文研究所等也參與其中。

關於羅曼望遠鏡，天體生物學中心的田村元秀特命教授表示：「像地球這樣質量較輕的行星，位於距恆星多遠的地方？換言之，太陽系是否是特別的存在。該望遠鏡終於可以對這個問題給出統計學層面的答案，意義重大。它同時還承擔宜居世界天文臺的技術驗證任務，該天文臺旨在探尋生命跡象，這確實是一台意義非凡的望遠鏡」。

據稱，羅曼女士生前被問及「哈伯太空望遠鏡最有趣的發現是什麼」時，她給出的答案正是暗能量。哈伯太空望遠鏡證實了宇宙加速膨脹的初期測定結果，助力這一重大發現。羅曼女士還在1959年發表過觸及系外行星觀測可能性的論文。宇宙的謎團無窮無盡。如今，以望遠鏡之姿「重生」的她，接過了求知好奇心的接力棒。