تلسکوپ فضایی رومن قرار است با تواناییهای بینظیر خود، رازهای پنهان کیهان را آشکار سازد. این تلسکوپ که به افتخار نانسی گریس رومن نامگذاری شده، بر روی بررسیهای گسترده در ناحیه مادون قرمز تمرکز دارد و میتواند بخشهای وسیعی از آسمان را در مدت کوتاهی کاوش کند. با پرتاب پیشبینیشده در اواخر سال ۲۰۲۶ یا اوایل ۲۰۲۷، تلسکوپ رومن نه تنها به درک ما از انرژی تاریک و سیارات فرازمینی کمک خواهد کرد، بلکه در مطالعه تشکیل کهکشانها نیز نقش کلیدی ایفا میکند. طراحی این تلسکوپ بر پایه آینه اصلی ۲.۴ متری استوار است که حساسیت و وضوحی مشابه تلسکوپ هابل را با میدان دیدی ۲۰۰ برابر بزرگتر ارائه میدهد. این ویژگیها، تلسکوپ رومن را به ابزاری ایدهآل برای پژوهشگران تبدیل کرده است تا بتوانند دادههای حجیمی از آسمان جمعآوری کنند و الگوهای پیچیده کیهانی را تحلیل نمایند.
نانسی گریس رومن، پیشگام نجوم فضایی و الهامبخش نام تلسکوپ
نانسی گریس رومن، ستارهشناس برجسته آمریکایی، به عنوان “مادر نجوم فضایی” شناخته میشود و نقش محوری در تأسیس برنامههای تلسکوپهای فضایی ناسا ایفا کرد. او در دهه ۱۹۶۰، ایده تلسکوپهای مداری را پیگیری کرد و به توسعه تلسکوپ هابل کمک شایانی نمود. تلسکوپ رومن، که در سال ۲۰۲۰ به افتخار او نامگذاری شد، نمادی از تلاشهای او برای کاوش کیهان از فراز جو زمین است. این تلسکوپ با تمرکز بر مشاهدات مادون قرمز، به پژوهشگران اجازه میدهد تا پدیدههایی را بررسی کنند که از زمین قابل مشاهده نیستند، مانند ابرهای گازی سرد و کهکشانهای دورافتاده. زندگینامه رومن نشاندهنده تعهد او به ترویج علم در میان زنان و اقلیتها بود، و نامگذاری این تلسکوپ، میراث او را در نسلهای آینده زنده نگه میدارد.
تلاشهای رومن در ناسا، از جمله رهبری بخش اخترفیزیک، به ایجاد زیرساختهایی منجر شد که امروزه تلسکوپهایی مانند رومن را ممکن میسازد. او بر اهمیت مشاهدات فضایی تأکید داشت و معتقد بود که تلسکوپهای مداری میتوانند انقلاب نجومی ایجاد کنند. تلسکوپ رومن با قابلیت بررسی میلیاردها کهکشان، مستقیماً از این دیدگاه الهام گرفته و به کاوش در مقیاسهای کیهانی میپردازد.
طراحی کلی تلسکوپ فضایی رومن
طراحی تلسکوپ فضایی رومن بر پایه پلتفرم جیمز وب ساخته شده و شامل آینه اصلی با قطر ۲.۴ متر است که نور مادون قرمز را با دقت بالا جمعآوری میکند. این آینه، که قطر مؤثر آن ۲.۳۶ متر است، امکان دستیابی به وضوح ۰.۱ قوسثانیه را فراهم میآورد و حساسیت آن در محدوده طول موجهای ۰.۵ تا ۲.۳ میکرومتر، دادههای دقیقی از اجرام آسمانی ارائه میدهد. ساختار کلی تلسکوپ شامل سپر خورشیدی چندلایه است که حرارت و نور خورشید را دفع میکند و دمای ابزارها را به حدود ۵۰- درجه سلسیوس میرساند، تا نویز حرارتی کاهش یابد. این طراحی، تلسکوپ را برای مأموریتهای طولانیمدت در مدار L2 خورشید-زمین آماده میسازد، جایی که پایداری حرارتی و موقعیتیابی دقیق ضروری است.
فضاپیمای رومن با وزن تقریبی ۴۰۰۰ کیلوگرم، از مواد سبکوزن مانند کامپوزیتهای کربنی بهره میبرد تا هزینههای پرتاب را کاهش دهد. سیستم کنترل وضعیت آن، با استفاده از ستارههای راهنما و ژیروسکوپها، دقت را به کمتر از ۰.۰۰۵ درجه میرساند. سیستم خنککننده فعال، ابزارها را در دماهای پایین نگه میدارد و اجازه میدهد تا مشاهدات عمیق در ناحیه مادون قرمز انجام شود.
اهداف علمی تلسکوپ رومن
- نقشهبرداری کیهانی برای مطالعه انرژی تاریک و ماده تاریک
- کشف و آمارگیری سیارات فراخورشیدی به روش ریزهمگرایی گرانشی
- تصویربرداری میدان عریض برای کهکشانشناسی و ساختار بزرگمقیاس
- مطالعه رشد کهکشانها و تکامل کیهان در زمان
- اندازهگیری دقیق پارالاکس و دینامیک کهکشان راهشیری
- بررسی ابرنواخترها برای محدودسازی مدلهای کیهانشناسی
ابزارها و زیرسامانهها
- Wide Field Instrument (WFI): دوربین میدان عریض با حسگرهای نوری مادونقرمز
- Coronagraph Instrument (CGI): ابزار سرکوب نور ستاره برای رؤیت مستقیم سیارات فراخورشیدی
- آرایههای پایدارسازی وضعیت (Reaction Wheels)
- سامانه هدایت دقیقِ نقطهگذاری ستارهای
- سامانه مخابرات باند Ka برای ارسال دادههای حجیم
- تلسکوپ بازتابی با آینه اصلی ~2.4 متر
- پوششهای اپتیکی مادونقرمز برای رصد اعماق کیهان
ابزار میدان وسیع: قلب تپنده مشاهدات گسترده
ابزار میدان وسیع (WFI) در تلسکوپ رومن، با میدان دید ۰.۲۸ درجه مربع، قادر است بخشهای وسیعی از آسمان را در هر مشاهده پوشش دهد، که این مقدار ۱۰۰ برابر بزرگتر از دوربینهای مرئی هابل است. این ابزار شامل ۱۸ حسگر تصویربرداری نسل چهارم است که هر کدام ۴۹۲۸ در ۵۰۶۴ پیکسل دارند و با فیلترهای متعدد، از جمله فیلترهای باریک و پهن، کار میکنند. حساسیت آن در طیف ۰.۷۵ تا ۱.۸۰ میکرومتر، اجازه بررسی ستارگان و کهکشانهای کمنور را میدهد و وضوح آن در طول موجهای مختلف، دادههای طیفنگاری پرایزمی را فراهم میآورد. WFI برای بررسیهای اصلی جامعه، مانند بررسی ارتفاعات بالا و بررسی دامنه زمانی، طراحی شده و دادههای حجیمی را برای تحلیلهای آماری تولید میکند.
عملکرد WFI در حالت تصویربرداری، نرخ خواندن ۶۰ مگاپیکسل در ثانیه را دارد و میتواند در مدت ۶ سال مأموریت، معادل ۱۰۰۰ درجه مربع از آسمان را نقشهبرداری کند. این ابزار با چرخ فیلتر هشتتایی، امکان انتخاب طول موجهای مختلف را فراهم میکند و در حالت طیفنگاری بدون شکاف، طیفهای ستارهای را با وضوح متوسط ثبت مینماید. آزمایشهای زمینی نشان دادهاند که WFI میتواند سیگنالهای ضعیف از کهکشانهای دور را از نویز کیهانی تفکیک کند، که این امر برای مطالعه تکامل کیهان حیاتی است.
ابزار کرونوگراف: فناوری شکار مستقیم سیارات دور
ابزار کرونوگراف در تلسکوپ فضایی رومن، برای سرکوب نور ستاره میزبان و آشکارسازی مستقیم سیارات فرازمینی طراحی شده و از فناوریهای پیشرفته مانند ماسکهای فازی و شکلدهندههای موج استفاده میکند. این ابزار در محدوده طول موج ۰.۵ تا ۰.۸ میکرومتر کار میکند و میتواند کنتراست ۱۰ به توان منفی ۱۰ را در جداییهای زاویهای کوچک به دست آورد، که این سطح از حساسیت، امکان تصویربرداری از سیارات سنگی در نزدیکی ستارههای مشابه خورشید را فراهم میسازد. برنامه مشارکت جامعه کرونوگراف (CPP)، شامل تیمهای آمریکایی و شرکای بینالمللی، ابزار را برای آزمایشهای فناوری آماده میکند. کرونوگراف نه تنها برای کشف سیارات، بلکه برای مطالعه اتمسفر آنها از طریق طیفنگاری مستقیم مفید است.
توسعه کرونوگراف شامل شبیهسازیهای نرمافزاری و پایگاههای داده اهداف است که توسط تیمهای منتخب مدیریت میشود. این ابزار در سال ۲۰۲۴ به مرکز پروازهای فضایی گادارد تحویل داده شد و آزمایشهای یکپارچهسازی آن در تابستان ۲۰۲۵ انجام گردید. با قابلیت تنظیم ماسکها، کرونوگراف میتواند نور ستاره را تا ۹۹.۹۹۹۹۹۹ درصد کاهش دهد و جزئیات سطح سیارات را ثبت کند.
تفاوت تلسکوپ فضایی رومن با جیمزوب و هابل
- میدان دید رومن ~100 برابر هابل در طول موج مشابه (آیآر نزدیک)
- رومن برای سرشماری آماری و نقشهبرداری سریع طراحی شده؛ نه برای تصویربرداری بسیار عمیق نقطهای
- دارای کرونوگراف پیشرفته برای تست فناوری مشاهده مستقیم اگزوپلنت
- دادههای خروجی رومن حجیم و پیمایشی است و برای (Big Survey Science) بهینه است
کاوش انرژی تاریک، کلید رمزگشایی شتاب انبساط کیهان
یکی از اهداف اصلی تلسکوپ فضایی رومن، اندازهگیری معادله حالت انرژی تاریک و تکامل زمانی آن است تا مشخص شود آیا این نیرو یک ثابت کیهانی است یا پدیدهای پویا. با استفاده از بررسیهای میدان وسیع، تلسکوپ توزیع کهکشانها را در مقیاسهای بزرگ نقشهبرداری میکند و از روشهای عدسی گرانشی ضعیف و نوسانات باریونی برای محاسبه تراکم ماده تاریک بهره میبرد. انرژی تاریک، که حدود ۶۸ درصد کیهان را تشکیل میدهد، با مشاهدات رومن بهتر درک خواهد شد.
روشهای رومن برای مطالعه انرژی تاریک شامل نظارت بر ابرنواخترهای نوع Ia به عنوان شمعهای استاندارد است، که با ابزار WFI، هزاران مورد از آنها را در عمقهای کیهانی ثبت میکند. این دادهها، همراه با نقشههای سهبعدی کهکشانها، منحنی انبساط کیهان را ترسیم مینماید و ممکن است مدلهای جایگزین مانند گرانش تغییریافته را آزمایش کند. تیمهای علمی در حال آمادهسازی ابزارهای شبیهسازی هستند تا دادههای خام را به مدلهای کیهانشناختی تبدیل کنند.
تشکیل و تکامل کهکشانها، نگاهی به گذشته کیهان
تلسکوپ رومن با توانایی بررسی میلیاردها کهکشان در بررسی ارتفاعات بالا، مراحل اولیه تشکیل ساختارهای کیهانی را ردیابی میکند. این بررسی، که ۲۰۰۰ درجه مربع از آسمان را پوشش میدهد، توزیع کهکشانهای اولیه را پس از بیگ بنگ نشان میدهد و نقش ماده تاریک در خوشهسازی را روشن میسازد. مشاهدات مادون قرمز، کهکشانهای پنهان در غبار را آشکار میکند و دادههایی برای مدلسازی هیدرودینامیکی فراهم میآورد. این کاوشها، به درک چگونگی تبدیل ابرهای گازی به کهکشانهای امروزی کمک میکنند. در بررسی دامنه زمانی ارتفاعات بالا، رومن انفجارهای ستارهای و لنزهای گرانشی را نظارت میکند تا نرخ تشکیل ستاره را در کیهان اولیه اندازهگیری نماید.
کاربرد دادههای رومن در علم
- ساخت منحنیهای نور دقیق برای روش ریزهمگرایی سیارات
- استخراج منحنیهای فاصلهی ابرنواخترها برای قفل کردن معادلات حالت انرژی تاریک
- استنباط توزیع ماده تاریک با همگرایی گرانشی ضعیف
- مدلسازی تاریخ شکلگیری کهکشانها
- کمک به انتخاب اهداف برای تلسکوپهای نسل بعد (مثلاً HabEx/LUVOIR)
کشف سیارات فرازمینی، تنوع کیهانی و احتمال حیات
تلسکوپ رومن با ابزار کرونوگراف، به جستجوی مستقیم سیارات فرازمینی در مدارهای نزدیک ستارهها میپردازد و میتواند صدها مورد را در مأموریت فناوری دمو کشف کند. بررسی برآمدگی کهکشانی، از روش میکرو لنزینگ برای تشخیص سیارات شناور و دور استفاده میکند و آمار دقیقی از توزیع جرم و مدارها ارائه میدهد. مشاهدات به تخمین تعداد سیارات قابل سکونت در کهکشان راه شیری کمک میکنند. کشف سیارات سنگی با اتمسفرهای غنی از آب، گام مهمی به سوی جستجوی حیات فرازمینی است.
روش میکرو لنزینگ رومن، حساسیت بالایی به سیارات با جرم زمین دارد و میتواند نرخ وقوع آنها را در مناطق مختلف کهکشان اندازهگیری کند. ابزار WFI، با نظارت مداوم، رویدادهای گذر سیارات را ثبت میکند و دادههایی برای مدلسازی تشکیل سیاره فراهم میآورد. این بررسیها، تنوع کیهانی را آشکار میسازند و به سؤالاتی مانند “آیا ما تنها هستیم؟” پاسخ میدهند.
بررسی دامنه زمانی: نظارت بر رویدادهای گذرا در آسمان
بررسی دامنه زمانی برآمدگی کهکشانی رومن، بر انفجارهای نواختر و میکرو لنزینگها تمرکز دارد و هزاران رویداد گذرا را در شش سال مأموریت ثبت میکند. این نظارت، با نرخ نمونهبرداری ساعتی، تغییرات درخشان را ردیابی میکند و به درک دینامیک ستارهای در مرکز کهکشان کمک مینماید. دادههای حاصل، برای شناسایی سیارات شناور و ستارگان متغیر مفید است. رویدادهای گذرا، پنجرهای به فرآیندهای پنهان کیهان باز میکنند.
مراحل توسعه و پرتاب: از آزمایشگاه تا مدار کیهان
توسعه تلسکوپ فضایی رومن از سال ۲۰۱۸ آغاز شد و مراحل یکپارچهسازی ابزارها در سال ۲۰۲۴ تکمیل گردید. آزمایشهای تابستانی ۲۰۲۵، عملکرد فضاپیما را در شرایط شبیهسازیشده فضا تست کرد و سپرهای خورشیدی نصب شدند. پرتاب با موشک فالکون هوی اسپیسایکس در اواخر ۲۰۲۶ پیشبینی میشود و مأموریت ششساله از مدار L2 آغاز خواهد شد. این مراحل، با بودجه ۱.۴ میلیارد دلاری، کارایی و ایمنی را تضمین میکنند.
پس از پرتاب، تلسکوپ با کالیبراسیون اولیه، بررسیهای اصلی را آغاز میکند. تیم عملیات در مرکز STScI، دادهها را پردازش و توزیع مینماید. بهروزرسانیهای ۲۰۲۵ شامل توصیههای ROTAC برای بررسیهای جامعه است.
همکاریهای جهانی: شرکای ناسا در کاوش کیهان
ناسا با آژانس فضایی اروپا (ESA)، آژانس فضایی ژاپن (JAXA) و مرکز ملی مطالعات فضایی فرانسه (CNES) در توسعه کرونوگراف همکاری دارد. این شرکا، فناوریهای تصویربرداری پیشرفته را تأمین میکنند و در برنامه CPP شرکت میجویند. مؤسسه ماکس پلانک آلمان نیز در شبیهسازیها نقش دارد. دانشگاههای آمریکایی مانند Caltech و STScI، در پردازش دادهها و آموزش جامعه مشارکت دارند. کنفرانسهای ۲۰۲۵، مانند Infrared Spectroscopy from Space، فرصت تبادل دانش فراهم میکنند.
