Следующая «великая обсерватория» НАСА начинает миссию по расширению нашего представления о Вселенной.

«Нам потребуется более полумиллиона телевизоров с разрешением 4K, чтобы в полной мере отобразить единственное изображение римского памятника, полученное в ходе нашего крупнейшего исследования».

Старт космического телескопа имени Нэнси Грейс Роман НАСА на борту ракеты SpaceX Falcon Heavy. Фото: SpaceX. Старт космического телескопа имени Нэнси Грейс Роман НАСА на борту ракеты SpaceX Falcon Heavy. Фото: SpaceX

Космический телескоп НАСА имени Нэнси Грейс Роман стоимостью 4,3 миллиарда долларов, оснащенный 300-мегапиксельной камерой, управляемой через модернизированное разведывательное зеркало, был запущен в воскресенье с космодрома имени Кеннеди во Флориде с целью раскрыть таинственные силы, движущие Вселенной.

Новая миссия расширит поле зрения других известных обсерваторий НАСА, обеспечив в 100 раз более широкое поле зрения, чем у космического телескопа «Хаббл», и дополнив новаторскую работу космического телескопа «Джеймс Уэбб». «Роман» — всего лишь вторая астрофизическая миссия под руководством НАСА, запущенная в этом столетии, после запуска «Уэбба» в 2021 году.

В отличие от шаттла «Уэбб», запуск которого в космос был отложен на многие годы, «Роман» прибыл на стартовую площадку за девять месяцев до того, как НАСА обязалось запустить его в космос к маю 2027 года.

«Миссия «Роман» — это именно тот пример успеха, который мы хотим видеть во всей НАСА», — сказал администратор НАСА Джаред Айзекман. «Завершенная раньше срока и в рамках бюджета, эта миссия отражает более чем десятилетнюю самоотверженную работу сотрудников НАСА и наших отраслевых партнеров. Теперь «Роман» подарит нам новый атлас Вселенной, расширит границы открытий и продемонстрирует, что возможно, когда американская космическая программа сочетает смелые амбиции с дисциплинированным исполнением».

Ракета SpaceX Falcon Heavy обеспечила Роману мощный космический рывок. Тяжелый ракетоноситель SpaceX, оснащенный 27 основными двигателями, работающими на керосине, стартовал в 7:25 утра по восточному времени (11:25 UTC) в воскресенье со стартового комплекса 39A в Космическом центре имени Кеннеди НАСА во Флориде. Взлетев в небо сразу после рассвета, Falcon Heavy пролетела над Атлантическим океаном, отделила два многоразовых боковых ускорителя для возвращения на мыс Канаверал, а затем вывела Романа на курс, который должен был доставить его на расстояние в четыре раза большее, чем до Луны.

Полностью заправленный, «Роман» весил около 20 000 фунтов (9 метрических тонн) и заполнил обтекатель полезной нагрузки ракеты «Фалкон Хэви». Ракета направила обсерваторию к наблюдательному пункту в районе точки Лагранжа L2 системы Солнце-Земля, точки гравитационного равновесия, расположенной почти в миллионе миль (1,5 миллиона километров) от Земли.

«Это огромный космический аппарат, — сказал Дентон Гибсон, директор по запуску миссии «Роман» в НАСА. — Нам потребовались все 5 миллионов фунтов тяги на ракете Falcon Heavy, и она справилась с задачей безупречно».

Для выхода космического аппарата «Роман» на рабочую орбиту вокруг точки Лагранжа L2 потребуется около трех месяцев. Наземные группы будут активировать и калибровать обсерваторию во время транзита, и ученые планируют подготовить первые научные изображения для публикации к концу года.

Вид на космический телескоп имени Романа во время подготовки к запуску в Космическом центре имени Кеннеди НАСА во Флориде. Фото: НАСА/Сидни Роде (Роц)

Зеркало, зеркало на стене

НАСА назвало миссию в честь Нэнси Грейс Роман, первого главного астронома агентства и пионера в области космических телескопов. За время своей работы в НАСА Роман способствовала поддержке со стороны научного сообщества и привлечению финансирования от Конгресса для создания телескопа, который впоследствии стал «Хабблом». Роман ушла с поста руководителя НАСА в 1979 году и умерла в 2018 году. В 2020 году НАСА объявило, что следующая крупная обсерватория, до этого известная как широкоугольный инфракрасный обзорный телескоп (WFIRST), будет названа в честь Роман.

Инженеры потратили почти десять лет на сборку обсерватории вокруг телескопа диаметром 7,9 фута (2,4 метра), подаренного НАСА Национальным разведывательным управлением, американским правительственным агентством спутниковой разведки. Главное зеркало телескопа имеет тот же размер, что и у «Хаббла».

В 2012 году НАСА получило в своё распоряжение два разведывательных телескопа NRO, и вскоре учёные запланировали один из них для миссии, которая получила название «Роман». Агентство пока не определило, для чего использовать второй телескоп. NRO объявило телескопы избыточными после отмены одной из своих программ по созданию спутников наблюдения.

Внезапное появление готового телескопа привело к переработке проекта WFIRST. Обсерватория — на тот момент еще находившаяся на стадии проектирования — фактически увеличилась вдвое, чтобы вместить телескоп, улучшив качество изображения, но увеличив стоимость. Наземным группам также пришлось перенастроить зеркало, чтобы изменить его «оптические характеристики» и обеспечить работу при более низких температурах.

«Это, безусловно, не было просто подключением и использованием», — сказала Джули МакЭнери, старший научный сотрудник проекта «Романский телескоп» в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА.

В 2020 году миссия Roman успешно прошла проверку НАСА, и с тех пор разработка проекта идет в рамках бюджета и быстрее, чем ожидалось.

Полированное главное зеркало диаметром 7,9 фута для космического телескопа Нэнси Грейс Роман было первоначально создано для разведывательного спутника правительства США. Фото: NASA/Крис Ганн

Ники Фокс, глава Управления научных миссий НАСА, называет телескоп «Роман» «швейцарским армейским ножом среди телескопов». Он охватит 12 процентов неба, и хотя это может показаться не так уж много, это намного больше, чем 0,1 процента, наблюдавшихся телескопом «Хаббл» за 36 лет его на орбите.

«Большое поле зрения и высокая скорость обзора телескопа Roman позволят обнаружить бесчисленное множество космических объектов, а также пролить свет на темную энергию и темную материю», — сказал Фокс. «В ходе своей миссии Roman откроет десятки тысяч новых планет, миллиарды галактик, тысячи сверхновых и десятки миллиардов звезд. И все это он сделает со скоростью примерно в 1000 раз большей, чем у Хаббла… Так что, чтобы представить себе масштабы, то, что Roman может сделать за месяц, Хабблу потребовалось бы столетие».

Кто прекраснее всех на свете?

Космологи стремятся узнать больше о тёмной энергии — невидимой силе, которая, согласно Стандартной модели Вселенной, составляет около 70 процентов Вселенной и отвечает за ускорение её расширения. Тёмная материя составляет чуть более четверти Вселенной. Остальная часть Вселенной состоит из обычных атомов и молекул, которые мы можем видеть и осязать.

Но Стандартная модель может быть неверной. Неизвестные открытия Романа «могут подтвердить нынешние предположения о том, что наша Стандартная модель Вселенной неверна, и направить нас на путь выяснения того, что верно», — сказал МакЭнери.

«Месяц наблюдений в рамках программы Roman позволил бы изучить нашу собственную Галактику Млечный Путь и обнаружить до половины звезд в нашей галактике», — сказал МакЭнери. «Это само по себе представляло бы каталог астрономических объектов, намного превосходящий любой из существующих сегодня».

«Наше основное исследование займет более года, и оно будет действительно масштабным», — сказала она. «Нам потребуется более полумиллиона 4K-телевизоров, чтобы полностью отобразить единственное изображение римской статуэтки из нашего крупнейшего исследования. Чтобы понять масштаб, эти телевизоры охватили бы 45 кварталов Манхэттена или полностью Эль-Капитан в национальном парке Йосемити».

Широкоугольный инструмент обсерватории Roman обеспечивает ей широкий обзор. Эта камера ближнего инфракрасного диапазона может сделать снимок участка неба, превышающего размеры полной Луны, что позволяет Roman составлять карты мегаструктур, таких как скопления галактик и крупномасштабные нити материи и темной материи, составляющие космическую сеть.

«Чтобы представить это в перспективе, можно сказать, что Хаббл и Джеймс Уэбб как бы заглянули во Вселенную через замочную скважину, а Нэнси Грейс Роман выломает эту дверь», — сказал Фокс. «Но Роман не просто делает научные исследования быстрее, чем Хаббл и Уэбб. Она проводит принципиально иные исследования, которые не могли бы быть выполнены ни одной из этих обсерваторий. Вместе эти три флагманских телескопа объединят свои наблюдения, чтобы дать нам более полную картину нашего космоса и нашего места в нем».

Коронограф, разработанный для прямого наблюдения экзопланет, является одним из самых сложных астрономических приборов, когда-либо отправленных в космос. Фото: NASA/JPL-Caltech

Второй прибор на телескопе «Роман», называемый коронографом, позволит астрономам напрямую получать изображения планет, вращающихся вокруг далёких звёзд в нашей собственной галактике. Коронограф работает, блокируя яркий свет от звёзд, используя маски и большие самоизгибающиеся зеркала для обнаружения планет, которые в 100 миллионов раз тусклее своих родительских звёзд. НАСА заявляет, что коронограф на «Романе», с внутренними зеркалами, способными корректировать своё положение на лету, в 100–1000 раз чувствительнее, чем предыдущие коронографы на телескопах «Уэбб» и «Хаббл».

Эта часть инструментария телескопа Roman позволит астрономам изучать размеры, атмосферы и структуру большего числа типов экзопланет, чем это возможно сегодня. Инновации коронографа послужат основой для проектирования будущих инструментов, которые смогут расширить возможности прямого изображения, включив в него каменистые планеты в обитаемых зонах их звезд.

«Роман будет фотографировать миры, пылевые диски и близлежащие звезды в видимом свете, чтобы помочь увидеть гигантские миры, которые старше, холоднее и находятся на более близких орбитах, чем горячие молодые Юпитеры, которые мы ранее наблюдали с помощью других телескопов», — сказал Фокс.

Телескоп Roman также будет обнаруживать экзопланеты, используя проверенный временем транзитный метод, но ученые ожидают, что новый телескоп благодаря более широкому обзору обнаружит гораздо больше, чем предыдущие космические миссии.

Эй-хо, поехали на работу!

Всё это подразумевает наличие данных, и очень большого количества данных.

«Всего за один день наблюдений за нашей Вселенной телескоп «Роман» сможет передать 1,4 терабайта данных, — сказал Фокс. — Это целый жесткий диск игровой приставки за один день. Это ошеломляющий объем данных».

В течение запланированной пятилетней миссии обсерватория «Роман» будет передавать на Землю такой объем информации почти каждый день. НАСА и ее партнеры будут взаимодействовать с «Романом» через сеть наземных станций по всему миру, не связанных с перегруженной сетью дальней космической связи НАСА. НАСА и Институт космических телескопов, который курирует работу «Романа», будут предоставлять данные обсерватории в общедоступный архив, доступный ученым по всему миру.

Многие астрономы привыкли загружать данные с телескопов «Хаббл» и «Уэбб» на персональные компьютеры. В большинстве случаев это будет невозможно с телескопом «Роман». Новая обсерватория НАСА за пять лет своей основной миссии сгенерирует 20 петабайт (20 000 терабайт) данных. Для сравнения, «Хаббл» с момента своего запуска в 1990 году предоставил чуть более 400 терабайт данных.

Ученые разработали облачную платформу для астрономов, позволяющую исследовать, получать доступ и анализировать данные телескопа «Роман», с возможностью использования предварительно настроенного встроенного программного обеспечения или собственного программного обеспечения для обработки данных.

Три основные программы наблюдений космического телескопа имени Нэнси Грейс Роман НАСА, представленные на этой инфографике, позволяют астрономам увидеть Вселенную как никогда прежде, обнаружив миллиарды космических объектов, разбросанных по огромным пространствам и времени. (Изображение предоставлено: НАСА/Центр космических полетов имени Годдарда)

«Ни один человек не сможет увидеть все звезды, все галактики и все необычные объекты, которые мы увидим с помощью телескопа Roman», — сказал Джереми Перкинс, специалист по интеграции и тестированию телескопа Roman в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА. «Я представляю это так: наш набор данных к концу срока службы Roman будет больше, чем ваши любимые музыкальные стриминговые платформы. И я не могу зайти в интернет и прослушать каждую песню, чтобы найти новые композиции и музыку. Мне приходится использовать алгоритмы и другие способы, чтобы знакомиться с новой музыкой, и мы будем делать то же самое с Roman».

«Для понимания природы Вселенной в современной физике необходимы большие объемы статистических данных», — сказала Джеки Таунсенд, руководитель проекта миссии «Роман» в НАСА.

В ходе одного из исследований телескоп «Роман» за три недели обследует область, эквивалентную 3455 полнолуниям, а затем возвращается и многократно наблюдает меньшую часть этой области в течение пяти с половиной дней — задачи, которые не под силу телескопам «Хаббл» и «Уэбб».

«Мы будем проводить принципиально иные научные исследования», — сказал Таунсенд. «В рамках некоторых наших наблюдений мы будем создавать 3D-фильмы о том, что происходит в галактике Млечный Путь и в далёких галактиках. Этого раньше никогда не происходило».

Телескоп Roman оживит и покажет небо с той же четкостью, что и самые запоминающиеся наблюдения Хаббла, такие как знаменитое изображение сверхглубокого поля.

«Теперь мы используем эту глубину резкости и эту мощность, применяя их глобально к значительной части ночного неба», — сказал Таунсенд изданию Ars. «Точно так же, как мы направили Хаббл на то, что выглядело как темное пятно, и обнаружили там миллиарды и миллиарды галактик, я думаю, что у Романа будут такие же моменты восторга, [показывающие], что мы просто не понимали, как работает Вселенная, пока у нас не появился этот такой огромный и обширный набор данных».

Источник: arstechnica.com