10 Minutės
NASA Nancy Grace Roman kosminis teleskopas pasiekė reikšmingą etapą: du pagrindiniai jo segmentai jau sujungti ir observatorija pereina į galutinius bandymus. Sukurtas kaip plataus lauko infraraudonųjų spindulių tyrimų teleskopas su pažangiu koronografu, Roman siekia nužymėti dideles dangaus sritis, tirti tamsiąją energiją ir žengti į priekį tiesioginės egzoplanetų vaizdavimo srityje.
Surinkimas užbaigtas — ką reiškia šis etapas
Lapkričio 25 d. Goddard Space Flight Center inžinieriai sujungė Nancy Grace Roman teleskopo du pagrindinius skyrius didelėje, kontroliuojamoje švarioje patalpoje. Ši integracija žymi svarbų programinį kontrolinį tašką: erdvėlaivis pereina nuo atskirų įrangos blokų prie veikiančios observatorijos, kuri gali būti tikrinama sistemos lygmeniu. Pagal NASA viešintą grafiką, Roman gali būti pasiruošęs paleidimui jau 2026 m. rudenį, o dabartinis orientyras yra paleidimo langas 2027 m. gegužę, planuojant erdvėlaivį įkelti SpaceX Falcon Heavy raketa link Saulės–Žemės L2 taško.
Surinkimo užbaigimas yra ne vien simbolinis žingsnis. Jis leidžia pradėti termovakuuminius bandymus, elektromagnetinio suderinamumo patikrinimus ir instrumentų nuo pradžios iki galo kalibracijas, kurie visi turi sėkmingai praeiti prieš teleskopo išsiuntimą į paleidimo vietą. Šie bandymai modeliuoja kosmoso atšiaurią aplinką ir patikrina, ar sistemos, tokios kaip saulės kolektorių saulės skydas (Solar Array Sun Shield, SASS), orientacijos valdymas, ryšio posistemiai ir abu moksliniai instrumentai veikia kartu taip, kaip numatyta. Išsami sistemos integracija sumažina riziką, kad skrydžio metu atsirastų suderinamumo trūkumų, ir leidžia inžinieriams identifikuoti bei ištaisyti problemas dar prieš pakrovimą į misiją.
NASA Nancy Grace Roman kosminis teleskopas dabar pilnai surinktas po dviejų pagrindinių segmentų integracijos lapkričio 25 d. NASA Goddard Space Flight Center Greenbelt mieste, Merilende. Šiame vaizde aiškiai matomas teleskopo saulės kolektorių saulės skydas (SASS). (NASA/Jolearra Tshiteya)
Du instrumentai, papildančios funkcijos
Roman neša tikslų instrumentų komplektą: Wide-Field Instrument (WFI) ir Coronagraph Instrument (CGI). Šis derinys suteikia misijai tiek plotį, tiek preciziškumą. WFI yra ~288 megapikselių infraraudonųjų spindulių kamera, kuri suteiks vaizdavimo lauką maždaug 100 kartų didesnį nei Hubble kosminio teleskopo — tai yra esminė savybė plataus masto apklausoms, kur reikalinga statistinė apimtis, o ne vieniši gilūs taškiniai stebėjimai. Koronografas yra eksperimentinis didelio kontrasto vaizdavimo ir spektrometrijos įrenginys, sukurtas slopinti žvaigždžių šviesą ir atskleisti itin blankius planetų bei apytarpių diskų objektus šalia šviesių žvaigždžių.
WFI plačio lauko žemėlapių galimybė yra kertinė Roman kosmologijos ir egzoplanetų tyrimų dalis. Tirti dideles dangaus sritis infraraudonąjame spektre leidžia Roman stebėti galaktikų ir galaktikų sankaupų pasiskirstymą per kosminį laiką, aptikti daug supernovų atstumų matavimams, taip pat sudaryti žvaigždžių ir žvaigždžių populiacijų apskaitą mūsų Paukščių Tako galaktikoje. Būtent plati aprėptis leidžia Roman imtis tamsiosios energijos tyrimų su neįprastai dideliu statistiniu pasiekiamumu, kas svarbu kosminio pagreičio parametrų tikslinimui ir teorinių modelių testavimui.
Ką išbandys koronografas
- Aktyvios koronografinės technologijos, derinančios kaukes, deformuojamus veidrodžius ir tikslią bangosfronto kontrolę;
- Keli stebėjimo režimai, skirtie spektrinei egzoplanetų charakterizacijai demonstruoti;
- Kelias ateities didžiųjų misijų demonstracijai, kurios sieks tiesiogiai įamžinti Žemės tipo planetas.
CGI bus pirmasis aktyvus koronografas kosmose, diegiamas mokslinei klasės observatorijai, kad būtų išbandytos šios technologijos realiomis mokslinėmis sąlygomis. Tai ne tik technologijos demonstracija: instrumentas gali tiesiogiai fiksuoti ir gauti spektrus iš artimų, šviesių egzoplanetų arba diskų, kuriuose formuojasi planetos. Tokie spektrai leistų įvertinti atmosferų sudėtį, miglų ir dulkių savybes, o taip pat mokslininkams suteiktų praktinę patirtį, reikalingą planuoti ateities tiesioginio vaizdavimo misijas.
Moksliniai tikslai: tamsioji energija, egzoplanetos ir netikėtos atradimų srovės
Roman misijos prioritetai yra ambicingi, tačiau aiškiai apibrėžti. Teleskopas specialiai sukurtas pažengti keturiuose pagrindiniuose moksliniuose srityse: tamsiosios energijos supratime, egzoplanetų apskaitos užbaigime (ypač per mikrolęšio metodą), egzoplanetų vaizdavime su koronografu ir kompaktiškų objektų, įskaitant pradines (primalias) juodąsias skyles, paieškoje. Kiekvienas iš šių tikslų pasinaudoja observatorijos jautrumu, kampiniu raiškumu ir neįprastai plačiu lauku.
Tamsiosios energijos tyrimams Roman žemėlapiuos Visatos didelio masto struktūrą ir matuos, kaip ši struktūra kinta. Didelės aprėpties infraraudonosios apklausos leidžia astronomams aptikti tolimas galaktikas ir galaktikų sankaupas, kurių pasiskirstymas išlaiko kosminio išsiplėtimo istorijos pėdsakus. Kadangi tamsiosios energijos poveikis yra subtilus, Roman statistinė galia — apklausiant tokią dangaus sritį, kurios Hubble reikėtų dešimtmečiams — padaro ją išskirtine priemone kosminio pagreičio parametrams patikslinti ir skirtingoms tamsiosios energijos teorijoms testuoti.
Egzoplanetų tyrimuose Roman sieks dviejų papildančių požiūrių. Pirmasis yra gravitacinis mikrolęšis: intensyvi tarpą žvaigždžių lauko stebėsena leidžia užfiksuoti trumpalaikį šviesos padidėjimą, kuris signalizuoja apie lęšinę planetą. Ši metodika yra ypač jautri šaltoms ir tolimoms planetoms ir gali atskleisti populiacijas, kurių nepasiekia tranzitų ar radialinio greičio metodai. Pagrindinės penkerių metų misijos metu tikimasi atrasti tūkstančius mikrolęšinių egzoplanetų, įskaitant objektus planetinių sistemų tolimuosiuose regionuose, kuriuose formavimosi istoriniai modeliai gali skirtis nuo vidaus sistemų.
Antrasis kelias yra per koronografą: tiesioginis artimų egzoplanetų ir circumstelarinių medijų vaizdavimas. Nors CGI yra technologinis demonstratorius, jis išbandys aparatinę įrangą ir stebėjimo strategijas, kurios vėliau gali tapti pagrindu misijoms, specialistiškai suprojektuotoms tiesiogiai fotografuoti Žemės tipo planetas, matomas atspindėtoje žvaigždės šviesoje. Tokios demonstracijos bus labai vertingos planuojant misijas į gyvybei tinkamas zonos planetas aplink saulės tipo žvaigždes.
Duomenų kiekis, misijos trukmė ir eksploataciniai apribojimai
Roman sukurtas ilgalaikėms apklausoms. Per penkerių metų pagrindinę misiją numatoma sukaupti maždaug 20 000 terabaitų (20 petabaitų) vaizdinių ir spektroskopinių duomenų — tai atitinka tradicinio ilgo laikotarpio apklausų produkciją suspaustą į santykinai trumpą laiką. Tokie duomenų rinkiniai bus viešai prieinami, kad platesnė astronomijos bendruomenė galėtų juos analizuoti ir atrasti objektus, kurie viršija misijos pagrindines užduotis. Platus duomenų kiekis paskatins tiek profesionalių mokslininkų, tiek pilietinių mokslininkų bendruomenes tirti naujas sritis ir generuoti papildomas tyrimų idėjas.
Skirtingai nuo kriogeninių infraraudonųjų teleskopų, kurie priklauso nuo išeikvojamų aušintuvų, Roman naudoja pasyvų terminį valdymą ir kryo-stabilius konstrukcinius materiālus, todėl jos veikimo laikas nėra tiesiogiai ribojamas aušintuvo išeikvojimo. Pagrindinis naudojamas resursas, ribojantis misijos trukmę, yra variklio propeleris: kuras reikalingas palaikyti orbitą prie L2 taško, atlikti orientacijos korekcijas ir įgyvendinti momento valdymą. Efektyvus kuro naudojimas leidžia Roman funkcionuoti gerokai ilgiau nei numatyti penkeri metai, dažnai pratęsiant misijas dar keliems metams, jeigu mokslinė bendruomenė ir valdymas mato pridėtinę vertę.
Praktiniais aspektais, duomenų srautas iš Roman pareikalaus stiprios žemės infrastruktūros, patikimų kalibravimo vamzdynų (pipelines) ir ilgalaikių archyvavimo sistemų. Misijos sėkmė priklauso ne tik nuo observatorijos aparatūros, bet ir nuo duomenų apdorojimo grandinės, kuri pavers žalius pikselius į mokslui paruoštus katalogus, kalibruotus spektrus ir produktus, kurie bus prieinami tyrėjams visame pasaulyje. Šiai užduočiai reikalinga koordinacija tarp NASA centrų, duomenų centro operatorių ir tarptautinių partnerių, taip pat aiškus duomenų prieigos ir panaudojimo planas.
Grafikas, paleidimo priemonė ir programinis kontekstas
Po surinkimo Roman pereis aplinkos ir sisteminius bandymus Goddard centre, o vėliau bus išsiųstas į Kennedy kosminį centrą paskutinėms paleidimo paruošoms procedūroms. Dabartinis planas numato paleidimą 2027 m. gegužę su SpaceX Falcon Heavy, nors programos dokumentuose nurodoma, kad Roman gali būti pasiruošęs jau 2026 m. rudenį. Atsižvelgiant į kosminių teleskopų sudėtingumą ir į Hubble ar JWST programų patirtį su grafiko perkėlimais, ankstyvas paleidimas būtų didelis pasiekimas tiek techniniu, tiek vadybiniu požiūriu.
Paleistas, Roman nukeliaus į Saulės–Žemės L2 haloe orbitą, maždaug 1,5 milijono kilometrų nuo Žemės, kur terminis stabilumas ir nepertraukiami stebėjimo laukai palankūs infraraudonųjų spindulių apklausoms bei didelio kontrasto vaizdavimui. Iš L2 observatorija galės palaikyti pastovias terminės ir galios sąlygas, tuo pačiu laiku siųsdama didžiulius duomenų kiekius per Deep Space Network ir misijos žemės ryšio sistemas. Tokia orbitinė pozicija taip pat sumažina žemės bloko poveikį stebėjimams ir pagerina nuolatinio duomenų srauto planavimą.
Eksperto įžvalgos
„Roman reiškia sąmoningą dizaino pasirinkimą: maksimalizuoti apklausos greitį ir statistinį pasiekiamumą, o ne siekti giliausių pavienių eksponavimų,“ sako dr. Maria Chen, astrofizikė, tyrinėjanti galaktikų evoliuciją ir anksčiau dirbusi kaip misijos mokslininkė su kosminiu apklausos instrumentu. „Tai reiškia, kad Roman pateiks populiacijų lygmens matavimus, kurių mums reikia tamsiajai energijai ir egzoplanetų demografijai tirti. Be to, kadangi koronografas išbandys aktyvią bangosfronto kontrolę kosmose, jis taip pat yra investicija į technologijas, reikalingas ateities tiesioginio vaizdavimo misijoms, skirtoms Žemės analogams aptikti.“
Dr. Chen priduria: „Iš operacinės perspektyvos duomenų valdymo iššūkis yra toks pat svarbus kaip ir aparatūra. Sukurti vamzdynus, kurie greitai tiektų patikimus ir kalibruotus produktus, leis mokslininkams — ir pilietiniams tyrėjams — pradėti atradimus beveik iš karto.“ Jos pastebėjimas pabrėžia, kad misijos pridėtinė vertė priklauso nuo to, kiek greitai ir kokybiškai duomenys bus prieinami analizei ir tarptautiniams tyrimams.
Susijusios technologijos ir ateities perspektyvos
Roman coronagraph naudoja deformuojamus veidrodžius ir tikslias kaukes formuoti teleskopo taško sklidimo funkciją (point spread function) ir slopinti žvaigždžių šviesą. Šios technikos, kartu su pažangesniais detektoriais ir bangosfronto jutimo sprendimais, yra kritiniai žingsniai link misijų, kurios galėtų tiesiogiai vaizduoti gyvybei tinkamų zonų planetas aplink saulės tipo žvaigždes. CGI suteiks praktines žinias apie trikdžių šalinimą, bangosfronto korekcijos algoritmus ir stebėjimo strategijas, kurios turės įtakos tokių vėlesnių misijų, kaip HabEx arba LUVOIR, dizaino sprendimams.
Apklausų pusėje, WFI papildys žemės stebėjimų ir kitų kosminių teleskopų duomenis. Derinant Roman plačias ir gilias infraraudonųjų spindulių žemėlapius su optiniais ir radijo apklausomis, mokslininkai galės patikslinti fotometrinius raudoninius poslinkius (photometric redshifts), anksti identifikuoti tranzitorinius įvykius ir sudaryti daugiajuosčio spektro vaizdų apie galaktikų evoliuciją, supernovų progenitorius ir žvaigždžių formavimosi aplinkas. Šie daugiadisciplininiai duomenų rinkiniai skatins naujas teorines studijas ir observacinius eksperimentus.
Roman turi didelį potencialą pateikti netikėtų rezultatų — naujas tranzientų klases, retus gravitacinio lęšiavimo įvykius ar atsitiktinius aptikimus blankių Saulės sistemos objektų. Istoriškai kiekvienas didelis teleskopas atvėrė naują parametrų erdvę ir atskleidė netikėtumus, kurie pakeitė tyrimų prioritetus; tikėtina, kad Roman tęsis šiame kontekste ir pasiūlys atradimų, kurių šiandien dar neįsivaizduojame.
Išvada
Nancy Grace Roman kosminis teleskopas atsiduria paskutiniame paruošiamajame etape prieš paleidimą su aiškiu moksliniu mandatų rinkinys: apklausti dideles Visatos sritis, tirti kosminio pagreičio fiziką ir demonstruoti didelio kontrasto vaizdavimą egzoplanetų mokslui. Jei bandymai ir integracija vyks sklandžiai, teleskopas gali pakilti anksčiau nei planuota, atnešdamas duomenų antplūdį, kuris maitins atradimus dešimtmečiams. Tiek mokslininkams, tiek visuomenei Roman žada tiek planingus, programinius pažangumus kosmologijoje, tiek netikėtumo jaudulį — naujus pasaulius, naujus tranzientus ir naujus užuominas apie mūsų vietą Visatoje.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą