NASA-in teleskop Roman pokušat će izravno snimiti planete koji se gotovo potpuno gube u sjaju svojih zvijezda. Teleskop Nancy Grace Roman nosi koronograf koji zaklanja blještavu zvijezdu i pokušava izdvojiti slab odsjaj planeta u njezinoj blizini. Cilj je dosegnuti kontrast koji bi omogućio snimanje planeta sa signalom tisuću puta slabijim od dosadašnje tehničke granice.
Prema trenutačnom planu, Roman bi trebao biti lansiran 30. kolovoza 2026. godine. Do Lagrangeove točke L2, udaljene oko 1,5 milijuna kilometara od Zemlje, putovat će približno 90 dana, a tijekom tog razdoblja proći će provjere i podešavanja. Prve znanstvene snimke očekuju se početkom 2027. godine.
Teleskop ima primarno zrcalo promjera 2,4 metra, približno koliko i Hubbleovo. Njegovi će detektori istodobno obuhvatiti mnogo veće područje neba, pa je Roman projektiran za dva različita zadatka: široko kartiranje neba i precizno izdvajanje planeta u blizini njihovih zvijezda.
Kako se planet može vidjeti pokraj zvijezde?
Većina danas poznatih egzoplaneta nije izravno snimljena. Astronomi ih najčešće otkrivaju neizravno: mjere sitno zatamnjenje zvijezde pri prolasku planeta ispred nje ili prate sitna pomicanja zvijezde pod gravitacijskim utjecajem planeta. Takve metode otkrivaju postojanje svijeta, ali ne daju njegovu fotografiju.
Izravna snimka puno je zahtjevnija. Svjetlost planeta može biti milijardu puta slabija od svjetlosti zvijezde oko koje kruži, što je približno razlika u sjaju između Jupitera i Sunca. U optici teleskopa svjetlost zvijezde stvara blještavu pozadinu u kojoj bi se planet izgubio. Koronograf taj problem rješava maskama koje zaklanjaju zvijezdu, dok njezinu okolinu ostavljaju vidljivom.
Coronagraph Instrument (CGI) neće odmah tražiti drugu Zemlju. CGI će novu tehnologiju izravnog snimanja najprije iskušati na već poznatim planetima približno Jupiterove veličine i temperature, na udaljenostima usporedivima s udaljenošću Jupitera od Sunca. Na snimkama se takvi svjetovi neće pojaviti kao diskovi s vidljivim detaljima, nego kao vrlo male točke uz prigušenu zvijezdu.
Kako navodi NASA-in opis koronografa teleskopa Roman, instrument je projektiran za detekciju planeta do sto milijuna puta slabijih od njihovih zvijezda. To bi trebalo omogućiti kontrast sto do tisuću puta bolji nego kod postojećih svemirskih koronografa. To je ciljana sposobnost instrumenta, a ne jamstvo da će svaki takav planet biti pronađen.
Optika koja se sama ispravlja
Da bi tako slab signal uopće postao vidljiv, optika mora ostati iznimno stabilna. CGI se zato oslanja na deformabilna zrcala koja tijekom opažanja ispravljaju sitne pogreške u optičkom sustavu i smanjuju neželjene tragove zvjezdane svjetlosti. Hubble i James Webb koriste pasivne koronografe, koji se tijekom rada ne mogu prilagođavati na isti način.
Ključan dio tog sustava razvili su u Max Planckovu institutu za astronomiju u Heidelbergu. Njihov Precision Alignment Mechanism drži maske, filtre i zrcala poravnanima; tijekom osmosatnog opažanja mora zadržati njihovo poravnanje unutar 40 milisekundi luka. Za usporedbu, jedan stupanj ima 3,6 milijuna milisekundi luka.
Max Planck isporučio je šest primjeraka mehanizma koji će biti ugrađeni u instrument i još šest inženjerskih primjeraka za ispitivanja na Zemlji. Jedan od testnih modela izdržao je više od 27.000 pomicanja, otprilike dvostruko više nego što se očekuje od letnog primjerka. Nakon lansiranja teleskop neće biti moguće servisirati, pa su takva ispitivanja važna koliko i samo projektiranje.
Roman će planete tražiti na dva načina
Koronograf je samo jedan dio misije. Glavni instrument za široko polje (Wide Field Instrument) imat će detektorsku površinu oko stotinu puta veću od Hubbleove. U pet godina trebao bi snimiti područje neba približno 50 puta veće od onoga koje je Hubble obuhvatio tijekom tri desetljeća.
Ta će kamera planete uglavnom pronalaziti neizravno: oko 100.000 njih metodom tranzita i još približno 1.000 pomoću gravitacijskog mikrolećanja. Ta dva pristupa nadopunit će CGI, namijenjen izravnom snimanju već poznatih planeta. Jedan od glavnih ciljeva bit će potraga za desecima tisuća novih planeta, dok će Roman istodobno proučavati tamnu tvar, tamnu energiju i planetarne sustave.
CGI će zato biti i tehnološki pokus: pokazat će koliko se slab planetarni signal može odvojiti od sjaja zvijezde kada se aktivna optika koristi u svemiru. Astronomi su se s tim problemom već susretali u zemaljskim opažanjima planeta, ali Roman će ga prvi put pokušati riješiti aktivnom optikom u svemiru.
Ako provjere nakon lansiranja budu uspješne, astronomi će CGI moći koristiti za odabrana opažanja egzoplaneta. Njegove snimke neće odmah otkriti površinu ili atmosferu planeta nalik Zemlji, ali će pokazati radi li precizna kombinacija maski, deformabilnih zrcala i stabilizacijskih mehanizama izvan laboratorija. Bio bi to važan korak prema budućim opservatorijima poput Habitable Worlds Observatoryja, koji bi jednog dana mogao izravno snimati manje stjenovite planete oko zvijezda sličnih Suncu.
