NASA готовит к запуску космический телескоп Nancy Grace Roman — новую инфракрасную обсерваторию, которая должна показать Вселенную не только глубоко, но и чрезвычайно широко. Если Hubble и James Webb часто напоминают камеры с мощным телеобъективом, Roman будет похож на панорамную камеру: с сопоставимой с Hubble чёткостью он сможет охватывать участок неба как минимум в сто раз больше.
Запуск на ракете Falcon Heavy намечен на 30 августа в 11:26 UTC — это 14:26 по Киеву. После старта обсерватория отправится к точке Лагранжа L2, расположенной примерно в 1,5 миллиона километров от Земли в направлении, противоположном Солнцу. Но ценность миссии не в самом запуске. Roman создавался для наблюдений такого масштаба, которые другие космические телескопы выполняли бы десятилетиями или даже столетиями.
Hubble с панорамным зрением
Главное зеркало Roman имеет диаметр 2,4 метра — столько же, сколько зеркало Hubble. Однако оптическая система и современные детекторы дают ему гораздо более широкое поле зрения. По оценке NASA, Roman сможет исследовать небо до тысячи раз быстрее Hubble, сохраняя близкие чувствительность и разрешение в инфракрасном диапазоне.
Основным научным прибором станет Wide Field Instrument — 300-мегапиксельная камера, работающая в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Она сможет не только получать изображения, но и проводить спектроскопические наблюдения без традиционной щели, разделяя свет множества объектов по длинам волн.
Это меняет сам подход к наблюдениям. Hubble и Webb превосходно рассматривают отдельные галактики, звёзды или небольшие участки неба. Roman будет собирать статистику сразу по огромным популяциям объектов. За пятилетнюю основную миссию он должен измерить свет более чем миллиарда галактик, а объём передаваемых данных может достигать 11 терабит в сутки.
Зачем изучать миллиарды галактик
Одна из главных задач Roman — выяснить, почему расширение Вселенной ускоряется. Для описания причины этого ускорения учёные используют термин «тёмная энергия», но её физическая природа остаётся неизвестной. Возможно, это свойство самого пространства. Возможно, наши представления о гравитации на космологических масштабах неполны.
Roman будет проверять разные объяснения несколькими независимыми способами.
Обсерватория измерит распределение сотен миллионов галактик и следы барионных акустических осцилляций — своеобразную рябь, оставшуюся от звуковых волн в горячей ранней Вселенной. Масштаб этой структуры служит космической линейкой и позволяет восстановить, как менялась скорость расширения.
Другим инструментом станет слабое гравитационное линзирование. Масса искривляет пространство и слегка искажает изображения далёких галактик. Анализируя эти едва заметные деформации на большой площади неба, астрономы смогут картографировать распределение невидимой тёмной материи и проследить, как со временем росли космические структуры.
Roman также увидит тысячи сверхновых типа Ia. Их сравнимая светимость позволяет оценивать расстояния до далёких галактик и изучать историю расширения Вселенной. Совместное использование нескольких методов должно помочь отделить реальные космологические эффекты от ошибок каждого отдельного измерения.
Перепись планет по всей Галактике
Вторая важнейшая задача Roman — определить, насколько разнообразны планетные системы Млечного Пути. Для этого телескоп будет регулярно наблюдать плотные звёздные поля в направлении центра Галактики и искать события гравитационного микролинзирования.
Такое событие возникает, когда одна звезда проходит почти точно между наблюдателем и более далёкой звездой. Гравитация ближней звезды действует как линза и временно усиливает свет фонового объекта. Если возле звезды-линзы находится планета, она добавляет короткое характерное отклонение в кривую блеска.
В отличие от транзитного метода, которым пользуются многие телескопы, микролинзирование не требует, чтобы планета проходила перед диском своей звезды. Оно особенно чувствительно к холодным планетам на широких орбитах, объектам с небольшой массой и даже мирам, которые могут свободно перемещаться по Галактике без родительской звезды.
Согласно оценкам NASA, Roman может обнаружить около 1 400 планет с помощью микролинзирования. Вместе с результатами Kepler, TESS и других обсерваторий это позволит построить более полную перепись планет — от раскалённых миров возле звёзд до холодных аналогов планет внешней части Солнечной системы.
Попытка увидеть планету напрямую
Второй прибор Roman — Coronagraph Instrument — имеет другую задачу. Он должен блокировать яркий свет звезды, чтобы попытаться увидеть гораздо более тусклые планеты и окружающие их пылевые диски.
Коронограф Roman представляет собой сложную систему масок, призм, детекторов и деформируемых зеркал. Эти зеркала могут менять форму, компенсируя мельчайшие оптические искажения. NASA рассчитывает, что прибор будет подавлять свет звезды в сотни или тысячи раз эффективнее предыдущих космических коронографов.
Это прежде всего технологическая демонстрация, а не основной инструмент для массового поиска новых миров. Но её успех может подготовить технологии для будущих обсерваторий, способных напрямую фотографировать небольшие планеты возле других звёзд и искать в их атмосферах признаки условий, подходящих для жизни.
Почему Roman не заменяет Webb
Roman иногда называют преемником Hubble, но это не совсем точное сравнение. Он не должен заменить ни Hubble, ни James Webb. Телескопы решают разные задачи и лучше всего работают вместе.
Webb обладает значительно большим зеркалом и способен изучать более слабые и далёкие объекты, получать подробные спектры атмосфер экзопланет и исследовать самые ранние галактики. Его поле зрения при этом относительно невелико.
Roman, наоборот, будет быстро находить редкие и интересные объекты на огромных участках неба. После этого Webb и другие телескопы смогут рассматривать выбранные цели подробнее. Получается разделение труда: Roman составляет карту и замечает необычное, а обсерватории с более узким полем зрения проводят детальное исследование.
Широкие обзоры также повышают вероятность неожиданных открытий. Наблюдая миллионы объектов одновременно, Roman сможет фиксировать взрывы звёзд, вспышки, движения небольших тел Солнечной системы, активность чёрных дыр и явления, ради которых миссия изначально не проектировалась.
Что произойдёт после запуска
Falcon Heavy должна вывести Roman на траекторию к точке L2. Отделение обсерватории от верхней ступени ожидается примерно через 31 минуту после старта. Затем аппарат развернёт солнечные панели, антенну и защитные элементы.
Перелёт и ввод в эксплуатацию займут около трёх месяцев. Инженерам потребуется проверить системы, охладить и откалибровать приборы, настроить оптику и подтвердить качество изображений. Только после этого начнутся регулярные научные наблюдения.
Основная миссия рассчитана на пять лет, а конструкция и запас топлива предусматривают возможность продления ещё примерно на пять. NASA также обещает открывать данные Roman без периода эксклюзивного доступа: ими смогут одновременно пользоваться исследовательские группы по всему миру.
Конечно, сначала телескоп должен благополучно пройти запуск и ввод в эксплуатацию. Погодные условия или технические проверки могут изменить расписание. Но если всё пройдёт успешно, астрономия получит необычный инструмент: телескоп с детализацией Hubble, панорамным взглядом и способностью превратить огромную часть инфракрасной Вселенной в доступный для поиска массив данных.
Roman будет ценен не только тем, что увидит дальше. Его главное преимущество — способность увидеть сразу очень много.