Roman jest już w kosmosie. Nowy flagowy teleskop NASA będzie mapował miliardy galaktyk i może znaleźć około 100 tys. nowych planet.
NASA właśnie wysłała w kosmos swoje kolejne flagowe obserwatorium. Nancy Grace Roman Space Telescope wystartował na szczycie Falcona Heavy i rozpoczął podróż około 1,5 mln km od Ziemi. Ma lustro wielkości lustra Hubble’a, ale zamiast oglądać niewielkie skrawki kosmosu, jednym zdjęciem obejmie pole ponad 100 razy większe. To teleskop zbudowany nie po to, żeby patrzeć tylko dalej, ale przede wszystkim żeby patrzeć szerzej i robić to w ogromnym tempie.
Falcon Heavy wyniósł Romana o 13:26 czasu polskiego
Start odbył się 30 sierpnia z kompleksu LC-39A w Centrum Kosmicznym Kennedy’ego na Florydzie. O godz. 7:26 czasu wschodniego, czyli 13:26 w Polsce, Falcon Heavy uruchomił 27 silników Merlin pierwszego stopnia i wyniósł Nancy Grace Roman Space Telescope nad Atlantyk.
Najważniejsza część lotu przebiegła zgodnie z planem. O 13:56 czasu polskiego teleskop nawiązał łączność za pośrednictwem satelity NASA Tracking and Data Relay Satellite, a 2 min później odłączył się od drugiego stopnia Falcona Heavy i rozpoczął samodzielny lot.
Na tym oczywiście misja dopiero się tak naprawdę zaczyna. Roman czeka około 3-miesięczny okres uruchamiania, rozkładania elementów, kalibracji instrumentów i testów, który będzie prowadzony równolegle z podróżą w kierunku docelowego obszaru pracy.
Teleskop zmierza do punktu libracyjnego L2 układu Słońce-Ziemia, położonego około 1,5 mln km od naszej planety. W tej samej okolicy pracuje Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, ponieważ można tam utrzymać Słońce, Ziemię i Księżyc po tej samej stronie obserwatorium, co znacznie ułatwia ochronę aparatury przed ciepłem i światłem. Pierwszych naukowych zdjęć z Romana powinniśmy spodziewać się na początku 2027 r.
To nie jest po prostu kolejny James Webb
Określanie Romana jako następcy wielkich teleskopów NASA ma sens, o ile myślimy o kolejnej flagowej misji astrofizycznej agencji. Nie oznacza jednak, iż Roman ma zastąpić Webba albo Hubble’a. Wszystkie trzy obserwatoria zostały zaprojektowane do trochę innych zadań i najlepiej będą działały razem.
Webb jest specjalistą od bardzo głębokiego patrzenia. Potrafi skupić się na stosunkowo niewielkim obszarze i niezwykle dokładnie zbadać odległą galaktykę, atmosferę planety czy młodą gwiazdę. Hubble również zapewnia znakomitą rozdzielczość, ale jego pole widzenia jest stosunkowo niewielkie. Roman ma działać jak kosmiczny aparat panoramiczny.
Jego zwierciadło główne ma średnicę 2,4 m, czyli dokładnie tyle samo co lustro Hubble’a. Dzięki temu może uzyskać porównywalną ostrość obrazów w zakresie, w którym oba teleskopy się pokrywają. Różnica pojawia się dopiero za lustrem, gdzie światło trafia do zupełnie innej aparatury.
Jak pisaliśmy w kwietniu, gdy NASA zakończyła budowę teleskopu, jego najważniejszym narzędziem jest Wide Field Instrument. To gigantyczna kamera pracująca przede wszystkim w bliskiej podczerwieni. I właśnie ona odpowiada za najważniejszą przewagę Romana.
Jedno zdjęcie zastąpi ponad 100 zdjęć Hubble’a
Wide Field Instrument ma około 288 megapikseli i pole widzenia wynoszące około 0,28 stopnia kwadratowego. Sama liczba megapikseli nie brzmi dzisiaj szczególnie zachwycająco, dopóki nie zestawimy jej z rozdzielczością optyczną całego teleskopu.
Roman ma wykonywać obrazy o ostrości porównywalnej z Hubble’em, ale za jednym razem obejmować co najmniej 100 razy większą powierzchnię nieba. Nie chodzi więc o to, iż zobaczy obiekty 100 razy dalej. Chodzi o powierzchnię obserwowanego fragmentu nieba.
Jeżeli Hubble musiałby wykonać wielką mozaikę złożoną z około 100 kolejnych ekspozycji, Roman może objąć podobny obszar jednym ustawieniem teleskopu. Przy dużych przeglądach różnica zaczyna rosnąć jeszcze bardziej, ponieważ odpada ciągłe obracanie obserwatorium i składanie tysięcy małych pól w jedną mapę.
W efekcie Roman ma przeglądać niebo choćby 1000 razy szybciej niż Hubble, zachowując porównywalną czułość i rozdzielczość w podczerwieni. W ciągu pierwszych 5 lat obserwacji może sfotografować ponad 50 razy większy obszar nieba niż Hubble przez ponad 30 lat swojej pracy. To zasadnicza różnica filozofii. Hubble przez lata pokazywał nam niezwykle dokładne drzewa. Roman ma pokazać cały las z dokładnością pozwalającą później wybierać pojedyncze drzewa do dalszego badania.
Miliardy galaktyk zamiast kilku efektownych obiektów
Ogromne pole widzenia jest potrzebne przede wszystkim do statystyki. Ciemnej energii czy ciemnej materii nie da się zrozumieć, wykonując choćby najpiękniejsze zdjęcie jednej galaktyki. Trzeba zmierzyć rozkład i zachowanie niewyobrażalnie dużej liczby obiektów.
Roman ma mierzyć światło około miliarda galaktyk w czasie swojej misji. Jeden z jego podstawowych przeglądów obejmie ponad 5 tys. stopni kwadratowych, czyli około 12 proc. całego nieba, a obserwatorium ma wykonać tę część pracy w mniej więcej 1,5 roku.
Astronomowie będą obserwować między innymi słabe soczewkowanie grawitacyjne. Materia, również ta niewidoczna, zakrzywia przestrzeń i nieznacznie deformuje obrazy bardziej odległych galaktyk. o ile zmierzymy te drobne deformacje dla ogromnej liczby obiektów, możemy odtworzyć rozmieszczenie ciemnej materii na olbrzymich obszarach kosmosu.
Roman będzie również śledził supernowe typu Ia i wielkoskalową strukturę Wszechświata. Te pomiary pozwolą badać, jak tempo ekspansji kosmosu zmieniało się w ciągu miliardów lat i czy ciemna energia rzeczywiście zachowuje się tak, jak zakłada najprostszy model kosmologiczny. To jeden z powodów, dla których teleskop potrzebuje panoramy zamiast pojedynczego niezwykle głębokiego zdjęcia.
Może znaleźć około 100 tys. nowych planet
Drugą wielką specjalnością Romana będą egzoplanety. Tutaj także szerokie pole widzenia daje możliwości, których nie miał żaden wcześniejszy teleskop NASA tej klasy.
Obserwatorium będzie wielokrotnie patrzyło w gęsty obszar w kierunku centrum Drogi Mlecznej i monitorowało setki milionów gwiazd. Gdy bliższa gwiazda lub planeta przejdzie niemal idealnie przed bardziej odległą gwiazdą, jej grawitacja może zadziałać jak soczewka i chwilowo wzmocnić światło obiektu znajdującego się w tle. To mikrosoczewkowanie grawitacyjne.
Metoda świetnie uzupełnia tranzyty, dzięki którym znaleźliśmy większość znanych dzisiaj egzoplanet. Tranzyty preferują światy znajdujące się blisko swoich gwiazd, bo częściej przechodzą przed ich tarczami. Mikrosoczewkowanie pozwala natomiast wykrywać planety znajdujące się znacznie dalej od gwiazdy oraz obiekty swobodnie przemierzające galaktykę bez własnego słońca.
Roman powinien dzięki mikrosoczewkowaniu znaleźć ponad 1 tys. planet. Ten sam gigantyczny zbiór obserwacji ma jednocześnie ujawnić około 100 tys. kolejnych egzoplanet metodą tranzytów. Mówimy więc o potencjalnym zwiększeniu znanego katalogu planet o dziesiątki tysięcy światów i przebadaniu obszarów Drogi Mlecznej znacznie bardziej odległych od naszego kosmicznego sąsiedztwa.
Teleskop poleciał znacznie wcześniej, niż NASA musiała go wysłać
Dzisiejszy start ma jeszcze jedną nietypową cechę. Gdy pisaliśmy o Romanie pod koniec 2025 r., oficjalnym granicznym terminem misji pozostawał maj 2027 r.
Teleskop był jednak składany i testowany szybciej, niż zakładał harmonogram. Jego budowę zakończono przed czasem, a NASA i SpaceX przyspieszyły przygotowania do lotu tak mocno, iż obserwatorium wystartowało około 9 miesięcy przed zaplanowanym terminem.
Teraz pozostaje część, której nie da się już przeprowadzić w laboratorium. Przez najbliższe 3 miesiące kolejne systemy będą uruchamiane i kalibrowane. Około 3 tygodni po starcie ma zostać włączony Wide Field Instrument, później przyjdzie czas na ustawienie i ogniskowanie optyki oraz adekwatną charakterystykę aparatury. o ile wszystko przebiegnie prawidłowo, na początku 2027 r. zobaczymy pierwsze naukowe obrazy.
