Teleskop Nancy Grace Roman: misja NASA, która może zmienić astronomię

NASA i SpaceX przygotowują się do startu teleskopu kosmicznego Nancy Grace Roman. Obecny termin to nie wcześniej niż 30 sierpnia 2026 roku o 7:26 czasu EDT — czyli o 13:26 czasu polskiego — z kompleksu startowego 39A w Centrum Kosmicznym im. Kennedy’ego na Florydzie. Transmisja NASA ma rozpocząć się o 6:20 EDT, jednak godzina i data pozostają zależne od warunków oraz przebiegu odliczania. Na 31 sierpnia zaplanowano zapasową możliwość startu. 1

Roman nie został zaprojektowany jako po prostu „ostrzejszy Hubble”. Jego największą przewagą będzie skala: teleskop ma szybko fotografować ogromne obszary nieba z wysoką rozdzielczością. Dzięki temu może zmienić sposób poszukiwania planet, badania przyspieszającej ekspansji Wszechświata i mapowania niewidocznej materii, której grawitacja wpływa na kształt galaktyk.

Start i miejsce pracy teleskopu

Roman ma zostać wyniesiony rakietą SpaceX Falcon Heavy w kierunku punktu L2 układu Słońce–Ziemia, oddalonego od naszej planety o około 930 tysięcy mil, czyli 1,5 miliona kilometrów. To stabilny obszar obserwacyjny w podobnej części przestrzeni, w której działa Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.

Podstawowy plan zakłada pięcioletnią misję naukową. Jeśli statek pozostanie sprawny, a finansowanie będzie dostępne, obserwacje mogą potrwać dłużej. Dokładny początek regularnych badań zależy jednak od startu, podróży do L2 i uruchomienia instrumentów.

Projekt był wcześniej znany jako Wide Field Infrared Survey Telescope, w skrócie WFIRST. W 2020 roku otrzymał nazwę Nancy Grace Roman — na cześć pierwszej głównej astronom NASA.

Zwierciadło Hubble’a, ale znacznie szerszy kadr

Główne zwierciadło Romana ma średnicę 2,4 metra, czyli tyle samo co zwierciadło Hubble’a. Dzięki innej konstrukcji optycznej nowy teleskop obejmie jednak w jednym ujęciu obszar nieba co najmniej 100 razy większy, zachowując porównywalną ostrość obrazu w obserwacjach szerokokątnych.

Najważniejszym instrumentem będzie Wide Field Instrument — kamera na podczerwień o rozdzielczości 300 megapikseli. Ma rejestrować światło o długości fali od około 0,5 do 2,3 mikrometra, a więc obejmować część zakresu widzialnego i bliską podczerwień. Pojedyncze zdjęcie pokaże obszar nieba porównywalny z tarczą Księżyca w pełni lub większy. 19

To właśnie szerokie pole widzenia odróżnia Romana od Hubble’a. Hubble świetnie nadaje się do szczegółowego badania wybranych galaktyk, mgławic i innych obiektów. Roman będzie natomiast systematycznie przeglądał olbrzymie obszary nieba, tworząc jednolite zbiory danych. Takie mapy mogą ujawnić rzadkie zjawiska i wzorce, których nie da się łatwo znaleźć podczas obserwacji pojedynczych celów.

NASA szacuje, że w przypadku pracy na dużych obszarach Roman będzie mógł przeglądać niebo nawet 1000 razy szybciej niż Hubble. W ramach głównych przeglądów ma sfotografować ponad 2 miliardy galaktyk i wykryć dziesiątki tysięcy supernowych. 36

Czego będzie szukać Roman?

Ciemna energia i przyspieszająca ekspansja

Jednym z najważniejszych celów misji jest ustalenie, dlaczego ekspansja Wszechświata przyspiesza. Astronomowie wykorzystają między innymi supernowe, skupiska galaktyk i słabe soczewkowanie grawitacyjne, aby sprawdzić, jak struktura kosmiczna rozwijała się w czasie.

Wyniki pozwolą testować różne wyjaśnienia przyspieszonej ekspansji — w tym istnienie ciemnej energii oraz możliwość, że obecne teorie grawitacji wymagają uzupełnienia. Obserwacje soczewkowania pomogą również odtworzyć rozkład ciemnej materii: choć nie emituje ona światła, jej grawitacja zakrzywia światło odleglejszych obiektów. 17

Egzoplanety w całej Drodze Mlecznej

Roman ma stworzyć szeroki, statystyczny katalog układów planetarnych. Duża część poszukiwań będzie oparta na mikrosoczewkowaniu grawitacyjnym. Zjawisko to występuje, gdy grawitacja bliższej gwiazdy chwilowo wzmacnia światło dalszej gwiazdy. Jeśli wokół bliższej gwiazdy krąży planeta, może ona wywołać dodatkową, wykrywalną zmianę jasności.

Metoda ta jest szczególnie cenna, ponieważ pozwala znajdować chłodne planety krążące stosunkowo daleko od swoich gwiazd — także takie, które trudno wykryć technikami nastawionymi na planety znajdujące się blisko gwiazd. NASA przewiduje, że Roman może odkryć ponad 100 tysięcy planet, w tym potencjalnie planety swobodne, niezwiązane grawitacyjnie z żadną gwiazdą. 3

Teleskop będzie również uczestniczył w badaniach tranzytów. W tej metodzie planeta jest wykrywana, gdy przechodzi przed tarczą swojej gwiazdy i powoduje niewielki spadek jej jasności.

Próba bezpośredniego obrazowania planet

Roman zabierze także instrument koronograficzny. Koronograf ogranicza blask gwiazdy, aby można było próbować dostrzec znacznie słabsze obiekty znajdujące się w jej pobliżu.

Instrument ma przede wszystkim zademonstrować technologie potrzebne do obrazowania i charakteryzowania niektórych olbrzymich egzoplanet oraz dysków, w których powstają planety. Nie będzie pełnym przeglądem planet podobnych do Ziemi, ale jego działanie może pomóc w zaprojektowaniu przyszłej misji zdolnej do bezpośredniego obrazowania potencjalnie zamieszkiwalnych światów. 2

Zwierciadło z nietypową przeszłością

Zwierciadło Romana powstało pierwotnie jako jedno z dwóch zwierciadeł przeznaczonych do utajnionego amerykańskiego programu rozpoznawczego. W 2012 roku National Reconnaissance Office przekazało je NASA. Dzięki temu agencja otrzymała wysokiej jakości zwierciadło o rozmiarach podobnych do używanego przez Hubble’a, bez konieczności rozpoczynania całego procesu jego opracowywania od podstaw. 3

Budowa teleskopu była obciążona presją harmonogramu i kosztów, a na projekt wpłynęły między innymi zakłócenia związane z pandemią COVID-19. NASA oszacowała całkowity koszt cyklu życia misji na około 4,3 miliarda dolarów. Ta kwota obejmuje szerszy projekt — nie tylko fizyczną budowę teleskopu.

Główne elementy obserwatorium zostały zmontowane przed formalnym terminem zobowiązującym NASA do startu najpóźniej w maju 2027 roku. Zespół kontynuował jednak przygotowania do wcześniejszego okna startowego w 2026 roku.

Roman nie zastąpi Hubble’a ani Webba

Nowy teleskop ma uzupełniać, a nie wypierać Hubble’a i Webba. Roman będzie przeszukiwał szerokie obszary nieba, wyszukiwał rzadkie zdarzenia i tworzył statystycznie użyteczne katalogi. Następnie Hubble, Webb oraz duże obserwatoria naziemne będą mogły prowadzić głębsze i bardziej szczegółowe obserwacje wybranych obiektów.

Podział ról ma duże znaczenie. Teleskop zoptymalizowany do bardzo dokładnego badania jednej galaktyki nie może równie sprawnie przeszukać ogromnego obszaru w poszukiwaniu rzadkich zjawisk. Siłą Romana będzie znajdowanie takich celów i budowanie wielkich zbiorów danych, dzięki którym dalsze obserwacje staną się bardziej wartościowe.

Najważniejsze odkrycia mogą być nieplanowane

Oficjalne cele misji obejmują ciemną energię, ciemną materię, egzoplanety i astronomię podczerwoną. Najbardziej pamiętne odkrycia mogą jednak dotyczyć obiektów, których naukowcy jeszcze nie wiedzą, jak szukać.

Duże, jednolite przeglądy nieba mogą ujawnić nieznane wcześniej zjawiska przejściowe, nietypowe układy planetarne oraz nowe populacje gwiazd i galaktyk. Wielokrotne obserwowanie rozległych obszarów stworzy też zapis zmian zachodzących w czasie.

To dziedzictwo Nancy Grace Roman: astronomki, która jako pierwsza główna astronom NASA pomagała budować poparcie dla wielkich obserwatoriów kosmicznych. Z tego powodu nazywano ją „matką Hubble’a”. Teleskop noszący jej imię rozwija tę wizję — od szczegółowych obserwacji wybranych obiektów w stronę szerokiej mapy Wszechświata. 117