NASA poczyniła nowy, wielki krok w przygotowaniach do następnej generacji astronomii kosmicznej: budowa Kosmicznego Teleskopu Nancy Grace Roman została całkowicie zakończona, ambitnego obserwatorium w podczerwieni, które w drugiej połowie tej dekady powinno wyruszyć na orbitę wokół punktu L2 układu Ziemia–Słońce. W największym czystym pomieszczeniu (clean room) ośrodka Goddard Space Flight Center NASA w Greenbelt w stanie Maryland technicy fizycznie połączyli 25 listopada 2025 roku dwa główne segmenty obserwatorium – wewnętrzną część „teleskopową” i zewnętrzną część z systemami zasilania, komunikacji i kontroli lotu.

Tym samym zakończono konstrukcję całego Kosmicznego Teleskopu Roman, co przesunęło misję z fazy montażu do końcowej fazy testów. Jest to kluczowy moment dla portfela wielkich misji astrofizycznych NASA: Roman ma uzupełnić pracę teleskopów Hubble'a i Jamesa Webba oraz odpowiedzieć na jedne z najgłębszych pytań o powstanie wszechświata, rolę ciemnej energii i ciemnej materii oraz częstotliwość występowania układów planetarnych podobnych do naszego.

Nowe „wielkie spojrzenie” na wszechświat

Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman, który długo rozwijał się pod wcześniejszą nazwą WFIRST (Wide-Field Infrared Survey Telescope), pomyślany jest jako obserwatorium w podczerwieni z niezwykle szerokim polem widzenia. Jego główne zwierciadło ma średnicę 2,4 metra – tyle samo co w przypadku Hubble'a – ale kombinacja optyki i detektorów pozwala mu na „uchwycenie” w jednym ujęciu obszaru nieba około sto razy większego niż pole widzenia kamery Hubble'a. Celem jest, aby podczas podstawowej pięcioletniej misji teleskop przeprowadził systematyczne przeglądy nieba i zebrał ogromne ilości danych o galaktykach, gwiazdach, czarnych dziurach i egzoplanetach.

Roman zostanie umieszczony na orbicie halo wokół punktu L2, około 1,5 miliona kilometrów od Ziemi, gdzie przyciąganie grawitacyjne Ziemi i Słońca oraz ruch orbitalny teleskopu równoważą się w sposób, który umożliwia stabilną obserwację wszechświata przy minimalnych zakłóceniach termicznych i geometrycznych. Taka pozycja okazała się już idealna dla misji naukowych takich jak teleskop Jamesa Webba, ponieważ oferuje stabilne środowisko, dobrą ochronę przed światłem słonecznym i stosunkowo prosty harmonogram obserwacji.

Według planów NASA, Roman powinien być gotowy do startu najpóźniej do maja 2027 roku, z możliwością wcześniejszego startu już jesienią 2026 roku. Kontrakt przewiduje start na rakiecie SpaceX Falcon Heavy z platformy startowej LC-39A w Centrum Kosmicznym Kennedy'ego na Florydzie. Po końcowych testach w ośrodku Goddard, obserwatorium powinno zostać przewiezione na Florydę latem 2026 roku, gdzie nastąpią końcowe przygotowania do lotu i integracja z rakietą.

Co zostało ukończone 25 listopada 2025 roku?

Konstrukcja Kosmicznego Teleskopu Roman odbywała się przez lata w wielu równoległych nurtach – oddzielnie rozwijano zespół teleskopu (zwierciadło optyczne, wsporniki i systemy precyzyjnego celowania) oraz statek kosmiczny niosący teleskop (tzw. „spacecraft bus”, z zasilaniem, komunikacją, napędem i systemami komputerowymi). Dzięki końcowemu połączeniu tych dwóch wielkich segmentów powstało w pełni zintegrowane obserwatorium, wykonane w pełnym rozmiarze i w konfiguracji, w której zostanie wystrzelone.

W sensie praktycznym, zespół w czystym pomieszczeniu ostrożnie podniósł i wyrównał moduł teleskopowy oraz połączył go ze strukturami nośnymi statku kosmicznego. Każde połączenie mechaniczne i przyłącze kablowe przechodziło szczegółowe kontrole, ponieważ po starcie nie ma już fizycznego dostępu do systemu. Łączenie trwało kilka godzin, ale za tym zabiegiem stoją lata projektowania, modeli testowych, prototypów i pojedynczych badań podsystemów.

NASA podkreśla, że ukończenie konstrukcji jest czymś więcej niż krokiem symbolicznym: dopiero na tym etapie możliwe jest przeprowadzenie całościowych badań zachowania obserwatorium w warunkach podobnych do tych w kosmosie. Nastąpią testy termiczno-próżniowe, wibrotesty symulujące obciążenia podczas startu oraz długa seria kontroli wyrównania optycznego, funkcjonalności instrumentów i komunikacji z centrum kontroli.

Droga do startu: testy w ekstremalnych warunkach

W następnych miesiącach Roman przejdzie przez, jak NASA lubi mówić, „torturę testów” – szereg rygorystycznych kontroli, bez których tak złożona misja nie może wyruszyć w kosmos. W komorach termiczno-próżniowych teleskop i statek są wystawione na temperatury i warunki podobne do tych w głębokim kosmosie, podczas gdy instrumenty muszą jednocześnie działać wewnątrz zaprojektowanych parametrów. Inżynierów szczególnie interesują reakcje struktury na nagłe zmiany temperatury, ponieważ każde mikroskopijne przesunięcie może wpłynąć na ostrość i wydajność optyczną.

Drugi kluczowy zestaw testów to wibrotesty i badania akustyczne. Teleskop montuje się na specjalnych stołach, którymi trzęsie potężny sprzęt, symulując wibracje i obciążenia, jakie występują podczas startu na rakiecie Falcon Heavy. Badania akustyczne obejmują ekspozycję na bardzo silne fale dźwiękowe, które imitują hałas silników rakietowych i przepływ powietrza wokół rakiety. Dopiero gdy obserwatorium przejdzie wszystkie te kontrole bez uszkodzeń i przy zachowaniu precyzyjnej optyki i mechaniki, misja może dostać „zielone światło” na dostawę na miejsce startu.

Dodatkowo, zespół musi sprawdzić kompletną architekturę elektroniczną i softwarową. Każda ścieżka danych między instrumentami, pamięcią, jednostkami komunikacyjnymi i systemami orientacji jest testowana w różnych scenariuszach – od nominalnych kampanii obserwacyjnych po symulowane anomalie. Celem jest wykrycie każdego potencjalnego „buga” (błędu), póki jeszcze możliwe jest interweniowanie, zamiast żeby problem wybuchł dopiero w kosmosie, gdzie każda interwencja jest ograniczona lub niemożliwa.

Dwa kluczowe instrumenty: kamera szerokokątna i koronograf

Roman zabierze na orbitę dwa główne instrumenty naukowe: Wide Field Instrument (WFI) i Coronagraph Instrument, przy czym drugi jest formalnie oznaczony jako demonstracja nowych technologii, a pierwszy jako „koń roboczy” misji.

Wide Field Instrument to kamera o rozdzielczości w przybliżeniu 300 megapikseli, złożona z 18 wysokoczułych detektorów pokrywających widzialny i bliski zakres podczerwieni od około 0,48 do 2,3 mikrometra. Każde pojedyncze zdjęcie będzie wystarczająco szerokie, by objąć obszar nieba większy niż pozorny rozmiar pełni Księżyca. W porównaniu z klasycznymi kamerami Hubble'a, Roman będzie mógł przeglądać niebo około sto razy szybciej, ponieważ w jednym kadrze łapie znacznie większe pole widzenia przy porównywalnej ostrości obrazu.

Dzięki tej kombinacji szerokości i rozdzielczości, podczas pięcioletniej misji podstawowej oczekuje się, że Roman zbierze około 20 000 terabajtów danych, czyli 20 petabajtów. Ten „potop danych” powinien zawierać informacje o miliardach galaktyk, setkach milionów gwiazd oraz co najmniej 100 000 egzoplanet odkrytych różnymi metodami. Właśnie wolumen danych jest kluczowy dla analiz statystycznych, którymi astronomowie chcą zbadać, jak wszechświat się rozszerza, jak zmieniała się struktura galaktyk w czasie kosmicznym i jak częste są układy planetarne różnych typów.

Drugi instrument, Coronagraph (koronograf), stanowi śmiały skok technologiczny. Jest to złożony zespół masek, pryzmatów, filtrów, detektorów i odkształcalnych zwierciadeł, które w świetle widzialnym i bliskiej podczerwieni powinny „wygasić” blask gwiazd i umożliwić bezpośrednie obrazowanie bardzo słabego światła ich planet i otaczających dysków pyłowych. Dla sukcesu konieczne jest stłumienie światła gwiazdy macierzystej nawet miliard razy w stosunku do otoczenia, co stanowi ekstremalne wyzwanie technologiczne.

Koronograf na Romanie jest oficjalnie demonstratorem technologii: jego głównym zadaniem nie jest masowa produkcja wyników naukowych, lecz dowód, że takie ekstremalne tłumienie światła gwiazd jest wykonalne w kosmosie. Sukces otworzyłby drzwi przyszłym, jeszcze większym teleskopom poświęconym bezpośredniemu obrazowaniu potencjalnie nadających się do zamieszkania planet wokół gwiazd bliskich Słońcu. Ale i jako demonstrator, Coronagraph powinien zebrać cenne dane o olbrzymich egzoplanetach i strukturach dysków pyłowych wokół pobliskich gwiazd.

Trzy monumentalne przeglądy wszechświata

Większość czasu podczas misji podstawowej – około 75% – zostanie poświęcona trzem wielkim programom naukowym, czyli przeglądom nieba (surveyom), które są starannie zaprojektowane, aby odpowiedzieć na kluczowe pytania kosmologii i nauki planetarnej.

Pierwszy z nich, High-Latitude Wide-Area Survey, skierowany jest na szeroki obszar nieba na stosunkowo wysokich szerokościach galaktycznych, gdzie wpływ naszej galaktyki na obserwacje jest nieco mniejszy. Wykorzystując kombinację głębokich obrazów i spektroskopii, astronomowie będą śledzić rozkład galaktyk i ich grupowanie przez duży zakres odległości, czyli przez różne epoki kosmiczne. Na podstawie tych danych możliwe jest zrekonstruowanie, jak w dużej skali „sieć” ciemnej materii rozwijała się w czasie, oraz jak ciemna energia wpływa na rozszerzanie się wszechświata.

Drugi kluczowy program, High-Latitude Time-Domain Survey, również skupia się na obszarach poza płaszczyzną naszej galaktyki, ale z naciskiem na zmienność. Roman będzie wielokrotnie obrazować ten sam obszar nieba na przestrzeni lat, aby można było śledzić pojawianie się i ewolucję supernowych, gwiazd zmiennych i innych zjawisk przejściowych. Szczególnie ważna jest rola tych obserwacji w badaniu ciemnej energii: supernowe typu Ia służą jako „świece standardowe” do pomiaru odległości, a kombinacja ich jasności i przesunięcia ku czerwieni umożliwia precyzyjne mapowanie historii rozszerzania się wszechświata.

Trzeci wielki program, Galactic Bulge Time-Domain Survey, zwraca wzrok ku wnętrzu naszej galaktyki – w stronę gęstego centralnego „zgrubienia” Drogi Mlecznej. Tam gęstość gwiazd jest niezwykle duża, co stwarza idealne warunki do obserwacji mikrosoczewkowania grawitacyjnego. Kiedy obiekt – gwiazda, planeta lub zwarty pozostałość jak czarna dziura – przejdzie prawie dokładnie przed gwiazdą tła, jego grawitacja tymczasowo wzmocni światło tej gwiazdy tła. Ten krótkotrwały wzrost jasności niesie informacje o obiekcie, który spowodował soczewkowanie.

Obserwacje mikrosoczewkowania Romana powinny ujawnić planety umiejscowione w ekosferach swoich gwiazd, ale także chłodniejsze, odleglejsze światy podobne do Jowisza, Saturna czy Urana. Oprócz tego, ta sama metoda będzie czuła na „samotne planety” – obiekty o masie planetarnej, które w ogóle nie są grawitacyjnie związane z gwiazdą i swobodnie wędrują przez galaktykę. Mikrosoczewkowanie powinno wykryć także izolowane czarne dziury i gwiazdy neutronowe, które normalnie nie promieniują wystarczająco, by były bezpośrednio widoczne, ale ich wpływ grawitacyjny na gwiazdy tła zostawia wyraźny podpis.

Ponad sto tysięcy nowych światów

Jednym z najbardziej ekscytujących aspektów misji Roman jest potencjalne polowanie na egzoplanety. Kombinacja obserwacji tranzytowych (kiedy planeta przechodzi przed swoją gwiazdą i lekko przytłumia jej światło) i mikrosoczewkowania powinna doprowadzić do odkrycia co najmniej około 100 000 nowych planet w pierwszych pięciu latach pracy. W przeciwieństwie do wielu wcześniejszych misji, które były szczególnie czułe na planety na bliskich orbitach wokół gwiazd, obserwacje mikrosoczewkowania Romana uzupełnią obraz chłodniejszych i odleglejszych światów, włączając obiekty o masie porównywalnej z Ziemią lub nawet mniejsze.

W ten sposób Roman znacząco uzupełni statystykę, którą zbudowały misje takie jak Kepler i TESS. Podczas gdy Kepler pokazał, że planety są powszechne i że wiele gwiazd posiada zwarte systemy „super-Ziem” i mini-Neptunów, Roman powinien wyjaśnić, jak powszechne są analogi naszego Układu Słonecznego, z planetami rozmieszczonymi w większych odległościach i w chłodniejszych obszarach. W połączeniu z innymi danymi, astronomowie będą mogli stawiać precyzyjniejsze pytania o to, jak typowy lub wyjątkowy jest nasz system.

Koronograf, chociaż pierwotnie demonstrator technologiczny, powinien przyczynić się również do bezpośrednich obrazów olbrzymich egzoplanet wokół stosunkowo pobliskich gwiazd. Takie obrazy umożliwiają badanie atmosfery, temperatury i chmur tych planet, zwłaszcza jeśli połączy się je ze spektroskopią. Chociaż Roman nie będzie wyspecjalizowany w szczegółowym badaniu potencjalnie nadających się do zamieszkania światów jak przyszłe Habitable Worlds Observatory, każdy postęp w bezpośrednim obrazowaniu i charakteryzacji egzoplanet uważa się za kluczowy krok w kierunku długoterminowego poszukiwania identyfikacji planet z warunkami podobnymi do ziemskich.

Ciemna energia, ciemna materia i struktura wszechświata

Oprócz polowania na planety, Roman jest w swej istocie zaprojektowany jako misja kosmologiczna. Jednym z wielkich pytań, które wyłoniło się pod koniec XX wieku, jest dlaczego rozszerzanie się wszechświata przyspiesza. To przyspieszenie przypisuje się wciąż słabo rozumianemu składnikowi znanemu jako ciemna energia. Szerokokątne, głębokie obserwacje galaktyk Romana, słabe soczewkowanie grawitacyjne (drobne zniekształcenia kształtu galaktyk spowodowane ciemną materią w przestrzeni między nimi) i supernowe powinny umożliwić niezależne pomiary rozszerzania się wszechświata i wzrostu struktur kosmicznych przez różne okresy historii kosmicznej.

Roman wykorzysta trzy komplementarne techniki: śledzenie barionowych oscylacji akustycznych w rozkładzie galaktyk, statystykę słabego soczewkowania grawitacyjnego oraz precyzyjne pomiary odległości za pomocą supernowych typu Ia. Łącząc te dane, naukowcy będą mogli sprawdzić, czy ogólna teoria względności Einsteina utrzymuje się także w największych skalach, czy też konieczne jest wprowadzenie nowych koncepcji fizycznych, oraz czy gęstość ciemnej energii jest stała, czy zmienia się w czasie.

Ciemna materia, chociaż „niewidzialna”, manifestuje się poprzez wpływ grawitacyjny na widzialną materię. Obserwacje Romana dostarczą szczegółowych map rozkładu masy we wszechświecie, od poszczególnych gromad galaktyk do sieci kosmicznej w największych skalach. Tym samym dodatkowo przetestowane zostaną scenariusze powstawania struktur we wszechświecie i modele ciemnej materii, włączając możliwość istnienia nowych cząstek lub nawet alternatywnych teorii grawitacji.

Otwarte dane i rola globalnej społeczności naukowej

Jednym z ważniejszych aspektów organizacyjnych misji Roman jest dostęp do danych. NASA planuje uczynić wszystkie dane naukowe publicznie dostępnymi bez długich okresów wyłączności dla ograniczonej liczby zespołów. Oznacza to, że astronomowie na całym świecie, od dużych instytucji badawczych do mniejszych zespołów uniwersyteckich, będą mogli niemal jednocześnie pracować z tymi samymi zestawami danych i przedstawiać własne analizy, katalogi i odkrycia.

Oprócz trzech głównych przeglądów nieba, około jednej czwartej czasu podczas misji podstawowej będzie zarezerwowane dla programów, które proponuje szersza społeczność naukowa poprzez tzw. General Investigator Program. Zespoły będą konkurować o czas obserwacyjny, proponując specyficzne projekty naukowe – od szczegółowych badań określonych galaktyk lub obłoków gazu do śledzenia egzotycznych, przejściowych zjawisk. Ten model okazał się bardzo skuteczny w przypadku teleskopów Hubble'a i Jamesa Webba, gdzie otworzył przestrzeń dla nieoczekiwanych odkryć, które pierwotnym planem misji nie były przewidziane.

Ogromne wolumeny danych, które wygeneruje Roman, będą wymagały także całkowicie nowych podejść do przetwarzania i analizy. Oczekuje się intensywnego zastosowania metod uczenia maszynowego i zaawansowanej statystyki, aby z góry obrazów i katalogów wyciągnąć użyteczne informacje. Już teraz rozwijane są narzędzia, które umożliwią przyszłym badaczom szybsze przeszukiwanie baz danych, odkrywanie nietypowych obiektów i łączenie obserwacji Romana z innymi misjami i teleskopami.

Dziedzictwo Nancy Grace Roman i symbolika misji

Teleskop został nazwany na cześć Nancy Grace Roman, pierwszej głównej astronomki NASA i jednej z kluczowych osób zasłużonych dla powstania Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Już od lat 60. XX wieku Roman orędowała za ideą, by teleskopy wynieść poza atmosferę Ziemi, aby uniknąć turbulencji i absorpcji części widma elektromagnetycznego. Z powodu jej roli w rozwoju astronomii kosmicznej często nazywano ją „matką Hubble'a”.

Decyzja, by nową wielką misję w podczerwieni nazwać właśnie imieniem Nancy Grace Roman, niesie silną symbolikę: teleskop, który zapewni „100 Hubble'ów” w sensie szerokości pola widzenia, jest bezpośrednio związany z osobą, która przed wieloma dekadami forsowała ideę pierwszego wielkiego teleskopu kosmicznego. Misja Roman kontynuuje jej wizję obserwatoriów kosmicznych, które produkują ogromne ilości danych otwartych dla całej społeczności, od profesjonalnych astronomów do naukowców obywatelskich.

Oprócz NASA w misji uczestniczą także partnerzy międzynarodowi, w tym Europejska Agencja Kosmiczna (ESA), francuska agencja CNES, japońska agencja JAXA i instytucje badawcze takie jak Instytut Astronomii im. Maxa Plancka. Przyczyniają się oni do instrumentacji, kalibracji, przetwarzania danych i przygotowania programów naukowych. Roman jest więc także przykładem globalnej współpracy, w której wiedza, technologia i koszty są dzielone między wiele krajów, z celem wspólnego postępu w zrozumieniu wszechświata.

Co następuje po ukończeniu konstrukcji?

Ukończenie konstrukcji 25 listopada 2025 roku nie oznacza, że Roman jest natychmiast gotowy do startu, ale oznacza przejście do końcowej fazy, w której największy nacisk kładzie się na zmniejszenie ryzyka. Każdy nowy test może ujawnić nieoczekiwaną słabość lub nieprawidłowość – czy to w elektronice, mechanice czy oprogramowaniu – więc zespoły w Goddard i partnerskich ośrodkach analizują wyniki i w razie potrzeby przeprowadzają korekty.

Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, po końcowych badaniach w ośrodku Goddard obserwatorium zostanie spakowane do specjalnego kontenera transportowego, klimatyzowanego i chronionego przed wibracjami, oraz przewiezione do Centrum Kosmicznego Kennedy'ego na Florydzie. Tam czeka go nowa seria kontroli w ramach przygotowań do integracji z rakietą Falcon Heavy: od testowania interakcji z systemami rakietowymi do „próby generalnej” startu, w której symulowane są wszystkie kluczowe kroki od odliczania wstecznego do oddzielenia teleskopu w kosmosie.

Start, kiedy do niego dojdzie, to tylko początek. Po oddzieleniu od rakiety Roman spędzi kilka miesięcy w fazie oddawania do eksploatacji: rozkładania struktur ochronnych, precyzyjnego ogniskowania optyki, kalibracji instrumentów i pierwszych obserwacji testowych. Dopiero po tym okresie, jeśli wszystkie systemy okażą się stabilne i wewnątrz specyfikacji, misja przejdzie do regularnej pracy naukowej, z pierwszymi wielkimi przeglądami nieba, które powinny rozpocząć się w ciągu pierwszego roku po starcie.

Na razie, ukończenie konstrukcji i wejście w końcową fazę testów potwierdzają, że Roman jest na dobrej drodze do startu planowanego najpóźniej do maja 2027 roku. Jeśli harmonogram testów i przygotowań będzie nadal szedł w pomyślnym tempie, bardzo realny jest scenariusz, w którym Kosmiczny Teleskop Nancy Grace Roman już pod koniec 2026 roku rozpocznie swoją podróż w kierunku punktu L2, gotowy, by w nadchodzących latach zapewnić nam zupełnie nowe spojrzenie na wszechświat.