W niedzielę 30 sierpnia 2026 roku rakieta Falcon Heavy wyniosła w przestrzeń kosmiczną kolejne obserwatorium NASA – Nancy Grace Roman Space Telescope. Urządzenie zmierza właśnie w stronę punktu libracyjnego L2, półtora miliona kilometrów od Ziemi, gdzie dotrzyma towarzystwa sławnemu Teleskopowi Webba.
Powyższa wiadomość może wywoływać poczucie lekkiego przesytu. W końcu od pięciu lat żyjemy spektakularnymi odkryciami Webba, a na stanowisku wciąż trwa niezmordowany Teleskop Hubble’a. Mamy też europejski Euclid oraz łowcę egzoplanet TESS. Tymczasem naukowcy posyłają w kosmos następne obserwatorium – na dodatek takie, które na pierwszy rzut oka nie wygląda na techniczny krok w przód. Roman nie posiada bowiem ani szczególnie imponującego zwierciadła[1], ani nie pokaże nam wszechświata w niespotykanym dotąd zakresie[2].
A jednak astronomowie zacierają ręce, ponieważ Roman to pod paroma względami zupełnie nowa filozofia oglądania nieba.
Do pewnego momentu przepis na rozwój astronomii był prosty. Budowaliśmy coraz większe teleskopy z coraz potężniejszymi lustrami, żeby zbierać więcej światła – bo więcej światła to szansa na dojrzenie słabszych i odleglejszych obiektów. Hubble i Webb są właśnie takimi teleskopami głębi. Potrafią wpatrywać się godzinami w maleńki skrawek nieba i wyłuskiwać z niego obraz galaktyki, której światło wyruszyło na długo przed uformowaniem Układu Słonecznego.
To spojrzenie przez słomkę, wąskie i precyzyjne. Najlepsze, kiedy wiemy, gdzie patrzeć. Kłopot polega na tym, że słomka jest wąska, a wszechświat całkiem spory.
Dokładnie na ten problem ma odpowiedzieć misja Nancy Grace Roman. Nowy teleskop posiada zwierciadło o średnicy identycznej jak w Hubble’u (2,4 metra) i zachowuje podobną rozdzielczość, ale przy nieporównywalnie szerszym polu widzenia.
Sercem urządzenia jest WFI (ang. Wide Field Instrument) – rodzaj kamery złożonej z 18 detektorów konwertujących światło podczerwone na sygnały elektryczne, dekodowane następnie na obraz o rozdzielczości 300 megapikseli. Sama liczba jeszcze nic nam nie mówi. Dla przykładu aparat nowego iPhone’a ma 48 MPx – zatem tylko sześć razy mniej – co nie czyni go automatycznie kieszonkowym obserwatorium. Ważniejsze jest to, ile nieba można pomieścić na jednym zdjęciu.
WFI obejmie obszar 0,281 stopnia kwadratowego, czyli ciut więcej niż powierzchnia tarczy Księżyca w pełni.
Żeby lepiej poczuć skalę, przypomnijmy sobie jedną z najważniejszych fotografii współczesnej astronomii: Głębokie Pole Hubble’a. Pod koniec 1995 roku Teleskop Hubble’a przez 42 godziny wpatrywał się w pozornie pusty obszar w gwiazdozbiorze Wielkiej Niedźwiedzicy. W ten sposób uzyskano wyjątkowy obraz usiany 3 tysiącami świetlistych plamek, z których każda to osobna galaktyka.
Cały sfotografowany wtedy fragment nieba ma rozmiar 2,55×2,57 minuty łuku. W obrębie widzenia Nancy Grace Roman zmieściłoby się każdorazowo 150 takich Głębokich Pól.
Inny przykład. W 2015 roku opublikowano zachwycająco szczegółową fotografię przedstawiającą fragment Galaktyki Andromedy. Obraz w pełnej wersji posiada rozdzielczość 1,5 miliarda pikseli, a do jego wykonania wykorzystano 411 ujęć Hubble’a. Roman do osiągniecia podobnego efektu potrzebowałby raptem dwóch ujęć.
Tam, gdzie inne obserwatoria musiały wykonać całe serie zdjęć i następnie kleić je w mozaikę, nowy teleskop pstryknie raz czy dwa, nie gubiąc przy tym rozdzielczości. NASA szacuje, że WFI będzie generować 1,4 terabajta danych na dobę. Przez pierwsze pięć lat Roman zbada ponad pięćdziesiąt razy więcej nieba niż Hubble przez całe swoje istnienie.
Takie panoramiczne spojrzenie na populacje gwiazd i galaktyk jest niezbędne, jeśli chcemy szukać odpowiedzi na główne pytania trapiące współczesną kosmologię. Żeby badać rozmieszczenie materii w największej skali, mierzyć pierścienie barionowych oscylacji akustycznych[3], rekonstruować historię ewolucji wszechświata – potrzebujemy podejścia hurtowego. Wielkich próbek statystycznych, opartych o analizy setek milionów obiektów.
Z tego powodu Teleskop Roman może okazać się najważniejszą pomocą w zgłębianiu tajemnic ciemnej energii oraz ciemnej materii. Przeanalizuje ponad miliard galaktyk, polując na błyski supernowych Ia oraz wykorzystując efekt słabego soczewkowania grawitacyjnego. Mierząc mikroskopijne odkształcenia w obrazach odległych obiektów – wywołane przez grawitację materii leżącej na drodze światła – stworzy olbrzymią trójwymiarową mapę niewidzialnej zawartości kosmosu.
Odchodząc od czystej kosmologii, Roman zastosuje podejście statystyczne również w kontekście Drogi Mlecznej i poszukiwań egzoplanet. Jednym z celów misji jest przegląd 100 milionów gwiazd centrum naszej Galaktyki, z zamiarem wyławiania śladów mikrosoczewkowania grawitacyjnego.
Chodzi o specyficzne sytuacje, w których gwiazda wraz z krążącą wokół niej planetą przypadkiem ustawi się niemal idealnie przed inną gwiazdą, położoną dalej. Grawitacja bliższej gwiazdy zakrzywia wtedy światło gwiazdy tła, działając jak soczewka i tworząc charakterystyczne rozjaśnienie. Jeśli w pobliżu znajduje się planeta, jej masa dołoży do tego układu dodatkowy impuls grawitacyjny, widoczny jako uboczny „ząbek” na wykresie. Ponieważ jest to wynik przypadkowego wyminięcia się gwiazd w przestrzeni, które raczej się nie powtórzy, najlepszym sposobem na wyłapanie takich mignięć pozostaje monitorowanie możliwie dużego obszaru nieba naraz.
Symulacje przewidują odkrycie około 2,5 tysiąca obcych światów. Teleskop Keplera i TESS[4] skupiły się głównie na planetach możliwych do zarejestrowania metodą tranzytową – przysłaniających tarcze swoich gwiazd, okresowo zmniejszając ich jasność. Roman pozwoli uzupełnić katalog i dowiedzieć się więcej na temat planetarnej demografii Drogi Mlecznej.
Powiedziawszy to, badania o masowym, ilościowym charakterze będą miały ważne odstępstwo. Po zebraniu danych o setkach milionów obiektów, Roman może zmienić styl pracy i skoncentrować się na wybranym układzie planetarnym w naszej Galaktyce.
W tym przypadku główną rolę odegra Coronagraph Instrument (CGI).
Sam koronograf nie jest, rzecz jasna, nowym wynalazkiem. Astronomowie już sto lat temu zakrywali tarczę Słońca, żeby ograniczyć jego blask i ułatwić sobie oglądanie korony słonecznej (stąd nazwa). Roman potrzebuje podobnego patentu do obserwowania egzoplanet. Bez systemu tłumiącego światło gwiazdy, próba zarejestrowania obiegającego ją globu będzie przypominała szukanie świetlika fruwającego w pobliżu latarni morskiej.
Z tego i kilku innych powodów, zdecydowaną większość znanych planet pozasłonecznych odkryliśmy metodami pośrednimi. Obserwujemy cykliczne spadki jasności gwiazdy podczas tranzytów, mierzymy jej delikatne kołysanie pod wpływem grawitacji planet albo wykorzystujemy wspomniane mikrosoczewkowanie. Bezpośrednie obrazowanie istnieje, ale dotąd sprawdzało się w pojedynczych przypadkach, młodych i masywnych planet, wciąż gorących po powstaniu i krążących stosunkowo daleko od swoich gwiazd.
Roman ma przesunąć tę granicę. CGI nie będzie tylko prostą przesłoną, lecz aktywnym mechanizmem. Na jego pokładzie znajdują się dwa nieduże, elastyczne zwierciadła. Ich zadaniem nie jest zbieranie światła, lecz jego precyzyjne „poprawianie” przed utworzeniem końcowego obrazu. Pod każdym znajduje się siatka 2304 malutkich siłowników, które działają jak paluszki naciskające na lustro od spodu i delikatnie odkształcające jego powierzchnię.
Jak to ma się do zadań koronografu? Otóż system analizuje docierające do instrumentu światło i wygina lustro w taki sposób, żeby doprowadzić do interferencji. Fale światła pochodzące bezpośrednio od gwiazdy wzajemnie się wygaszają, odsłaniając to, co znajduje się pod nimi. I voilà, możemy ujrzeć planetę!
Docelowy poziom kontrastu wynosi około 10-8, co odpowiada możliwości dostrzeżenia obiektu sto milionów razy słabszego od swojej gwiazdy, a dalsze techniki obróbki obrazu mogą jeszcze poprawić wynik. To poprawa o dwa–trzy rzędy wielkości względem wcześniejszych koronografów kosmicznych.
NASA twierdzi, że CGI to nie tylko instrument naukowy, ale też demonstracja technologii. Jego zadaniem będzie udowodnienie, że aktywny koronograf z adaptacyjną optyką w ogóle może funkcjonować w warunkach kosmicznych – że lustra dają się tak wyginać w próżni, że gwiazdę faktycznie da się zgasić na wymaganym poziomie, a cała ta aparatura pozostanie sprawna półtora miliona kilometrów od domu. Jeśli odpowiedź okaże się pozytywna, podobny sprzęt będzie instalowany w większości przyszłych obserwatoriów.
To jednocześnie sygnał, że pewnych odkryć możemy wyczekiwać dopiero po przyszłej generacji teleskopów. Przede wszystkim po misji Roman nie powinniśmy się spodziewać wysypu doniesień o kolejnych Ziemiach 2.0. Oczywiście koronograf pozwoli wydobyć obrazy globów z miejsc, z których wcześniej byłoby to niemożliwe. Jednak jego realistycznym celem będą nadal przede wszystkim gazowe olbrzymy. Skalisty świat podobny do naszego, krążący wokół gwiazdy podobnej do naszej, wymagałby kontrastu rzędu 10-10. Sto razy większego od tego, który zapewni CGI.
Ale co się odwlecze, to nie uciecze. NASA już pracuje nad koncepcją Habitable Worlds Observatory (HWO) – wielkiego teleskopu następnej generacji, tworzonego konkretnie w celu fotografowania planet rozmiarów Ziemi krążących w strefach zamieszkiwalnych czerwonych i żółtych karłów.
Jeżeli HWO powstanie zgodnie z obecną ideą, będzie musiał tłumić światło gwiazd na poziomie trudnym dziś nawet do przetestowania poza laboratorium. Kształt zwierciadeł i cały system interferencji fal musi pozwolić na kontrolę z dokładnością około stu pikometrów. Mówimy o zmianach długości porównywalnych ze średnicą pojedynczego atomu.
Pod wieloma względami Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman będzie więc wykonywał zakulisową pracę u podstaw. Zmapuje ogromne połacie wszechświata, przeprowadzi spis powszechny układów planetarnych w Drodze Mlecznej i wreszcie przetestuje w warunkach kosmicznych nową technologię. Nawet jeżeli jego zdjęcia nie trafią na pierwsze strony gazet tyle razy co dzieła Hubble’a i Webba, jego misja może okazać się dla obecnego pokolenia astronomów, co najmniej tak samo pożyteczna. Warto o tym pamiętać.
Ostatnie komentarze: