罗曼的科学目标

罗曼上面的宽场设备与星冕仪的科学目标几乎完全不同，只有极少一部分的交叉。

宽场设备的科学目标主要有：

○ 探测宇宙中各种距离上爆发的Ia型超新星，在其任务周期内，罗曼可以探测到约2700颗各种距离上的Ia型超新星，最远达到156亿光年，它们发出的光穿行98亿年才到达地球。

根据这些不同距离处Ia型超新星的距离，天文学家可以计算出宇宙的膨胀速度，得到宇宙的膨胀历史。

结合罗曼发现的Ia型超新星得到的结果与重子声波振荡等方法得到的结果，天文学家还可以确定出几个重要的宇宙学参数，更好地限制暗能量的性质，确定宇宙的弯曲程度。

○ 观测大量星系与类星体。由于其极高扫描效率与极强的采光能力，罗曼在其任务期间将拍摄到几十亿个星系，其中有4亿个星系会被确定形状，2千万个星系会被采集到光谱。

特别是，罗曼将大批量发现宇宙年龄小于8亿年甚至小于5亿年时的星系。此前哈勃的多个“深场”项目已经发现一些年轻宇宙中的星系。罗曼的视野比哈勃上的相机至少大100倍左右，因此可以发现的年轻宇宙中的星系的数目是当前已知的上百倍。

对不同时期的星系的研究，将帮助人们进一步理解星系的演化规律。

○ 观测大量星系团。星系团由大量星系聚集而成。罗曼可以探测到大约4万个大质量的星系团，得到这些星系团的大尺度分布特征。

天文学家根据罗曼获得的星系团与星系的数据，研究弥漫在星系与星系团内部的暗物质的分布特征以及相关的“引力透镜”现象，进而确定出宇宙的大范围结构及其演化规律。

○ 观测各类“暂现源”。所谓的暂现源，就是亮度快速变化的源，如恒星或白矮星爆炸导致的超新星、中子星与中子星／黑洞并合后产生的千新星，等等。通过研究这些重要的暂现源，人们可以深入了解恒星的演化规律。

○ 观测银河系与近距离星系内的恒星、恒星遗迹与褐矮星。

哈勃 CANDELS 项目观测到的超新星之一，将来罗曼也将发现更多各种类型超新星 ｜ 来源：NASA／ESA， HST

○ 利用“微引力透镜”现象探测2平方度天区内的系外行星。这个区域的大小大约是满月的7倍。

微引力透镜发现系外行星的原理是：恒星的引力会放大更远处恒星的亮度，而伴随恒星的行星对星光的亮度的放大作用会进一步放大星光亮度。

当充当“透镜”的恒星经过望远镜与远处恒星的连线时，透镜恒星使远处星光的亮度持续变化，形成一条宽的亮度演化曲线，紧接着经过连线的行星会在远处星光的曲线上叠加一个尖峰。根据尖峰的亮度，可计算出行星的质量。

利用微引力透镜探测系外行星的原理，图中黄色代表远处恒星，中间白色圆为“透镜恒星”，灰色圆为跟随者透镜恒星的行星。透镜恒星经过远处恒星与望远镜之间的连线的前后，远处星光的亮度变化形成一个宽峰；恒星带着的行星经过连线前后，使远处星光的亮度变化多出一个尖峰，这个尖峰可以用来判断系外行星的存在并计算出它的质量｜ 来源：Paul Hertz， WFIRST－AFTA Science Definition Team Final Report

○ 观测太阳系内天体，如矮行星、彗星、小行星。

星冕仪的科学目标有：

○ 用直接成像法观测至少几十颗系外行星。使用星冕仪观测到的数据，天文学家可以研究这几十颗行星的大气的温度、云层中的钠与钾的谱线特征，确定出这些元素的含量、行星的重力与质量。

帕洛玛（Palomar）天文台的508厘米口径的海尔（Hale）望远镜用直接成像法拍出的围绕恒星HR 8799运转的3个系外行星的像。恒星发出的光已经被星冕仪遮挡，用绿色叉表示 ｜ 来源：NASA／JPL－Caltech／Palomar Observatory

在观测系外行星方面，罗曼的能力比哈勃强大得多，并可以与已经退役的系外行星猎手开普勒（Kepler）望远镜与正在服役的凌星系外行星巡天卫星（TESS）获得的系外行星的数据互补。

我们可以发现，宽场设备与星冕仪在系外行星领域产生了交叉。据估计，在罗曼执行任务期间，它可以发现大约2600颗系外行星，其中有370个系外行星的质量约等于或小于地球的质量。

在上面的基础上，天文学家可以筛选出那些位于允许液态水存在并可能发展出生命的区域（“宜居带”）的系外行星。这对于搜寻外星生命具有重要意义。

与哈勃、韦伯相比，罗曼优势何在？

哈勃在过去30年拍下了大量震撼人心的美图，但却很少拍摄近距离的星系的全景，这是因为近距离星系在天空中的视角远大于哈勃上的仪器的视角，需要多次逐块拍摄才可以拼接出全景图。

我们在上面已经简单对比了罗曼与哈勃的视场大小。这里不妨用几个非常重要的项目来进一步比较它们在扫描宇宙时的效率。

我们先看看它们在拍摄仙女座星系（M31）时的效率。“全色哈勃仙女座星系珍宝”（PHAT）项目组曾用哈勃拍摄仙女座星系的星系盘区域的三分之一。为完成这个目标，项目组用哈勃逐块拍摄了大量照片，最后拼接了432个采集区域，得到一个大范围的照片。

图中锯齿状边缘围住的区域由哈勃望远镜拍摄的432的采集区域拼接得到，整个M31的照片为R． Gendler用地面望远镜所拍摄 ｜ 来源：Credit： NASA， ESA， J． Dalcanton， B． F． Williams， L． C． Johnson， the PHAT team， and R． Gendler