南希·罗曼:罗曼太空望远镜、“哈勃之母”和美国宇航局第一位首席天文学家
2021年年底发射的詹姆斯·韦伯望远镜,以高清晰度宇宙红外光谱拍摄了宇宙形成早期的清晰图像,还为系外宜居带行星探测提供了探测工具。现在天文学界翘首以盼的是,预定在2027年发射的罗曼太空望远镜,它具有超宽视场的红外图像捕捉能力,将在探索暗能量和系外行星的全面普查领域,为宇宙学家提供前所未有的手段。本文的重点则放在这台望远镜的命名,即美国宇航局第一位首席天文学家、被誉为“哈勃之母”的南希·格雷斯·罗曼(Nancy Grace Roman)。
1970年代早期在马里兰州宇航局戈达德太空飞行中心的南希·格雷斯·罗曼(美国宇航局)
罗曼于1925年出生于田纳西州的纳什维尔。她在2018年去世的前一年接受了美国宇航局记者的访谈,谈到了她的成长历程、天文研究和领导宇航局天文探索的经历。
罗曼的母亲是音乐教师,父亲的专业是物理和数学。罗曼小时候父亲受雇于石油勘探公司和地球物理研究部门,工作调动频繁,而且往往地处偏僻,晚上夜幕上满天繁星,母亲就教她辨识星座,引起罗曼的无限憧憬。
罗曼十岁时,美国地质调查局聘她父亲担任高级地球物理学家,举家迁居巴尔的摩。在那里读五年级的时候,她就组织了天文爱好者俱乐部,每周聚会学习天文知识。到七年级,她就决心将来要做一个天文学家。后来她进了斯沃斯莫尔大学,该校天文学教授曾经为她单独上课,并且教她维修该校天文台的望远镜。毕业后到芝加哥大学读研,1949 年获得天文学博士学位。在那个很少有女性学习数学和科技的年代,她想即便以后不能从事天文研究,还可以到高中去教物理和数学。
在罗曼母亲过世前不久,她告诉妈妈自己之所以从事天文,都是因为小时候母亲教她看星星和北极光的结果。她母亲意想不到居然是自己引导女儿走上天文道路,故作嗔怪说:那我还带你到野外散步,教你观鸟和辨识各种花草和树木呢。罗曼回答她母亲:那些东西我都没有上心,唯独天文让我着迷。
罗曼从芝加哥大学毕业后,曾经在该校的耶基斯天文台工作了六年,重点研究恒星光谱学,发表了一些在当时引用率最高的论文,包括被天体物理学杂志评选为百年最重要百篇论文之一。1954年,经杰拉德·柯伊伯(证明太阳系海王星轨道之外有一个以他名字命名的小行星带)的介绍,罗曼加入海军研究实验室,利用最新的射电天文研究银河系结构,她担任微波光谱项目负责人。
南希·格雷斯·罗曼太空望远镜,原来称为广域红外巡天望远镜 (WFIRST),是美国宇航局的一个天基天文台,目前预计在2027年发射,它的红外观测将有助于解决暗能量、系外行星和红外天体物理学领域的基本问题。(美国宇航局)
1958年美国宇航局(NASA)正式成立,有人向罗曼咨询,是否对建立太空天文学项目感兴趣,她知道如果承担这一责任将意味着自己无法再进行研究工作,但从头开始制定一个将影响未来几十年天文学的计划,将是一个无法拒绝的挑战,于是罗曼从1959年起担任美国宇航局空间科学办公室天文学主管,成为宇航局第一位担任行政负责人的女性。
在宇航局哈勃太空望远镜立项和实施过程中,罗曼认为自己主要做了两件事,一件是召集来自全国各地的天文学家和宇航局的工程师坐在一起进行规划,让天文学家提出它在空间探索上要达到的目标,同时让工程师论证实现这些目标有哪些可行的方案。第二件就是说服政府行政部门和国会议员,让他们同意为这个耗资巨大的项目拨款。
至于“哈勃之母”这一戏称的来历,罗曼在访谈中的解释是这样的:普林斯顿大学的天文学家莱曼·斯皮策长期以来一直在推动建立大气层之上的太空望远镜,他做了很多事情来说服人们应该实行哈勃望远镜计划,因此被称为“哈勃之父”。美国宇航局科学任务理事会前任主席埃德·韦勒说,如果要把斯皮策称之为太空望远镜之父,那么罗曼就应该是“哈勃之母”。
这张示意图显示散布在空间和时间上的数百万个模拟星系,白色区域表示哈勃太空望远镜单次快照所能拍摄的空间区域,黄色区域则是罗曼太空望远镜在同样一次拍摄所覆盖的空域。哈勃需要85年才能完成这张图像中整个区域的拍摄任务,而罗曼只需63天,将为科学家研究宇宙演变提供前所未有的高效工具。(美国宇航局戈达德太空飞行中心/A. Yung)
今天的世界面临诸多不确定因素,新冠疫情好不容易跨过了最艰难的的时期,大多数发达国家经济已经或正在复甦,但是某些地方甚至人口大国的状况却不容乐观,地球各地发生许多令人难以置信的气候灾变,如此等等,但是科学家们探索宇宙奥秘的努力,却从来没有停歇。罗曼红外太空望远镜将以最广的视角、最快的速度对宇宙起源进行观测。
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