Aidas Užkuraitis
Rugpjūčio 30 d. 13.26 val. iš Floridoje esančio NASA Kenedžio kosminių skrydžių centro į kosmosą bus iškeltas 8 tonų (maždaug tiek svėrė tiranozauras reksas) Nancy Grace Roman kosminis teleskopas. Mokslininkai tikisi, kad, turėdama kelis šimtus kartų platesnį matymo lauką nei vis dar skriejantis jo prosenelis – Hubble‘io teleskopas, kosminė observatorija padės pagaliau suprasti, kas yra paslaptingoji tamsioji energija, o gal net ir rasti naujų gyvybei tinkamų planetų.
Pirmosios NASA vyriausiosios astronomės ir Hubble‘io teleskopo „motinos“ garbei pavadintas Roman teleskopas yra turistinio autobuso dydžio – beveik 13 metrų ilgio ir 4,5 metro pločio. Vien teleskopo pagrindinis veidrodis yra 2,4 metro dydžio ir sveria 186 kg.
Vilniaus universiteto astrofizikas dr. Vidas Dobrovolskas LRT.lt komentuoja, kad iškeliant tokio dydžio teleskopus į orbitą reikia išspręsti dvi pagrindines problemas: kaip pakelti tokį krovinį į orbitą ir kaip nepažeisti jo prietaisų.
„Tokio dydžio teleskopai, kaip šis Nancy Grace Roman, Hubble‘io arba Jameso Webbo teleskopai, yra gana dideli prietaisai – jie sveria 10–20 tonų. Reikia labai galingos raketos, kuri galėtų tokią masę pakelti į kosminę erdvę. Tai čia, žinoma, vienas sudėtingumas, – pasakoja mokslininkas. – Kitas yra tai, kad tai yra ir labai, sakyčiau, trapūs ir delikatūs prietaisai, o paleidimo metu raketoje atsiranda labai stipri vibracija. Kitaip tariant, tie visi jautrūs prietaisai, optika turi atlaikyti visų pirma stiprų kratymą per pirmąsias kelias minutes, kol skriejama per Žemės atmosferą. Na, ir, žinoma, paskui dar kosmose turi veikti visi instrumentai. Niekas neturi nukristi, nulūžti ar panašiai.“
Roman teleskopą į kosmosą iškels „SpaceX“ „Falcon Heavy“ raketa. Tai kainuos apie 255 mln. JAV dolerių (220 mln. eurų).
Tuomet prietaisas bus nuskraidintas į vadinamąjį antrąjį Lagranžo tašką, kuriame šiuo metu yra Jameso Webbo teleskopas.
V. Dobrovolskas pasakoja, kad ši sritis yra priešingoje Žemės pusėje nei Saulė ir nuo mūsų planetos nutolusi apie 1,5 mln.
kilometrų.
„Ta erdvės sritis užima šimtus tūkstančių kilometrų. Jos patogumas yra tai, kad joje Žemės ir Saulės traukos jėgos susibalansuoja arba daugiau mažiau susilygina ir reikia labai nedidelių kuro sąnaudų, kad palydovas būtų valdomas. Pavyzdžiui, kas susiję su Žemės orbita, tai reikalingos gana dažnos korekcijos, kitaip tariant, skrydžio orbitos arba trajektorijos pakeitimai. Tai reikalauja papildomų kuro sąnaudų“, – sako V. Dobrovolskas.
Be to, anot jo, tai jau yra gana didelis atstumas nuo Žemės, tad pastaroji netrukdo stebėjimams: neužstoja galaktikos vaizdo, tyrimams netrukdo planetos skleidžiama šviesa ir šiluma.
„Pavyzdžiui, kalbant apie Hubble‘io teleskopą (kuris yra Žemės orbitoje – LRT), jis apskrieja Žemę per maždaug 1,5–2 valandas. Tai vieną konkretų objektą jis gali stebėti apie 20–30 minučių, nes tada jau Žemė atsiduria jo matymo lauke ir Hubble‘io teleskopą reikėtų taikyti į kitą objektą. Tad jis, sakykime taip, gana dažnai šokinėja nuo vieno objekto prie kito.“
Didžiausias matymo laukas
Didžiausi iki šiol į kosmosą paleisti teleskopai yra jau minėti Hubble‘io ir Jameso Webbo teleskopai, kurie buvo atitinkamai iškelti 1990 m. ir 2021 m. Tačiau be jų mūsų Visatą tiria dar bent 20 skirtingų kosminių observatorijų. Be to, ant Žemės yra šimtai teleskopų – ir kai kurie jų net didesni nei skriejantys kosminėje erdvėje. Tad gali kilti klausimas – kam reikia dar vieno milžiniško teleskopo?
Visų pirma V. Dobrovolskas primena, kad antžeminiams stebėjimams sunkumų kelia mūsų planetos atmosfera.
„Antžeminiai teleskopai neišvengiamai anksčiau ar vėliau susiduria su debesimis, atmosferos keliamais trikdžiais, turbulencija ir taip toliau. Tad visi kosminiai teleskopai turi labai didelį privalumą prieš antžeminius, nes jiems netrukdo Žemės atmosfera“, – sako astrofizikas.
Kalbėdamas apie tai, kodėl reikia dar vieno kosminio teleskopo, astrofizikas sako, kad žmonės kol kas negali sukurti vieno prietaiso, kuris atliktų visas jų norimas užduotis. Vieni teleskopai, anot jo, yra labiau skirti pavieniams objektams stebėti ir jiems detaliai tyrinėti. Tai gali būti žvaigždžių spiečiai, galaktikos, planetos ir panašiai. Būtent tokiems tikslams yra skirti Jameso Webbo ir Hubble’io teleskopai.
„Fotografiniais terminais kalbant, jie būtų palyginami su teleobjektyvais, nes mes galime turėti labai detalų vaizdą, bet mažą matymo lauką“, – palygina V. Dobrovolskas.
Tačiau kitiems uždaviniams atvirkščiai – reikia geros statistikos. Tai svarbu, tiriant galaktikų išsidėstymą Visatoje arba norint aptikti sprogstančias žvaigždes – supernovas, planetas prie kitų žvaigždžių.
„Kai mes norime turėti kuo didesnį tokių atrastų objektų skaičių, reikia stebėti kuo platesnį matymo lauką. Vėlgi tada grįžtant prie fotografinių terminų, tai mums reikėtų panoraminio objektyvo arba plataus matymo lauko.“
Būtent šį uždavinį ir padės įgyvendinti naujasis Nancy Grace Roman teleskopas.
„Šio teleskopo nuotraukos nebus tokios detalios, kaip Hubble‘io teleskopo arba Jameso Webbo, bet vienu metu šiuo teleskopu bus užfiksuojamas kelis šimtus kartų didesnis dangaus plotas negu Hubble‘io arba Jameso Webbo teleskopais“, – sako pašnekovas.
NASA skelbia, kad per pirmuosius penkerius stebėjimų metus Roman teleskopas nufotografuos daugiau nei 50 kartų didesnį dangaus plotą nei „Hubble“ per 30 metų ir atliks tyrimus, kuriems Hubble’io teleskopui prireiktų šimtų ar net tūkstančių metų.
Tęs į Žemę panašių planetų paiešką
Visatoje veikia keistos jėgos: žvaigždės sukasi galaktikų pakraščiuose taip greitai, kad turėtų atsiskirti, tačiau jas tarsi laiko kažkoks nematomas inkaras, visoje Visatoje galaktikos vis greičiau tolsta viena nuo kitos. Tuo metu planetų sistemas, panašias į mūsų pačių, vis dar labai sunku aptikti. Dauguma iš daugiau nei 6 tūkst. dabar žinomų egzoplanetų (planetų prie kitų žvaigždžių) yra arba milžiniškos, arba skrieja labai arti savo žvaigždės, arba ir viena, ir kita. Astronomai labai nori sužinoti, kiek yra paplitę Žemės tipo pasauliai.
Roman misija sukurta siekiant įminti visas šias mįsles, o tai darydama ji surinks milžinišką duomenų kiekį, kurį astronomai galės panaudoti ir daugeliui kitų tikslų.
Kaip skelbia NASA, Roman kasdien perduos 1,4 terabaito neapdorotų mokslinių duomenų – to beveik pakaktų, kad būtų užpildytas standartinio žaidimų kompiuterio kietasis diskas. Tai didžiausias duomenų kiekis iš visų iki šiol vykdytų NASA astrofizikinių misijų. Per penkerių metų pagrindinę misiją Roman apdoroti duomenys sudarys 20 000 terabaitų (20 petabaitų). Norint sutalpinti visus šiuos duomenis į išmaniuosius telefonus, prireiktų 78 tūkst. 256 GB išmaniųjų telefonų.
Dr. V. Dobrovolskas sako, kad didelę dalį laiko teleskopas skirs planetų prie kitų žvaigždžių stebėjimams ir tyrimams. Anot jo, didžioji dalis šiuo metu žinomų egzoplanetų buvo atrastos vadinamuoju netiesioginiu būdu, kai, pavyzdžiui, planeta periodiškai užstoja ir pritemdo savo žvaigždę. Dėl to mes neturime šių planetų nuotraukų.
Roman teleskopas padarys jau žinomų ir naujai atrastų planetų nuotraukų. Anot pašnekovo, tai leis geriau suprasti tikrąją planetos orbitą aplink žvaigždę ir kiek šviesos ji atspindi. Visa ši informacija labai svarbi ieškant į Žemę panašių planetų.
„Tai savo ruožtu leidžia daug tiksliau apskaičiuoti, kokia temperatūra planetos paviršiuje. Pavyzdžiui, jeigu planeta atrodo labai ryški, jeigu mes žinome jos dydį, tai reiškia, kad didelę dalį šviesos planeta atspindi – galbūt dėl debesų ar kitų priežasčių. Tada tiktai palyginus nedidelė žvaigždės šilumos dalis tenka planetos paviršiui šildyti. Tokia planeta galėtų būti gana šalta, – sako astrofizikas. – (…) Šita informacija padeda daug tiksliau įvertinti, kokios temperatūrinės sąlygos yra planetos paviršiuje. Na, o tai savo ruožtu taip pat padeda geriau įvertinti, pavyzdžiui, gyvybės tinkamumą toje planetoje.“
Planetų tyrimams Roman teleskopas turės specialų prietaisą, vadinamą koronografu.
„Tai reiškia, kad šis teleskopas turės galimybę mechaniškai tamsiu ekranu užstoti kokią nors tiriamą žvaigždę. Tada žvaigždės šviesa neužgoš planetų, kurios aplinkui žvaigždę skrieja, šviesos“, – pasakoja Vilniaus universiteto astrofizikas.
Bandys įminti tamsiosios energijos mįslę
Dar vienas svarbus misijos uždavinys – tirti supernovas. Anot dr. V. Dobrovolsko, itin svarbus objektas bus specifiškai Ia tipo supernovos, kurios sprogdamos pasiekia maksimalų vienodą ryškumą. Todėl astronomijoje jos vadinamos standartinėmis žvakėmis arba elektros lemputėmis ir leidžia išmatuoti kosminius atstumus.
„Matydami, kokio ryškumo supernova sužimba, mes galime žinoti, kokiu atstumu nuo mūsų ji sužibo. Jeigu mes teigiame, kad jos maksimali galia yra visą laiką vienoda, nesvarbu, kur ji Visatoje sprogsta, ir mes matome ją ryškiai, vadinasi, ji yra arčiau mūsų. Tuo metu jeigu matome ją blankiai, vadinasi, ji sprogo kažkur labai toli nuo mūsų“, – sako dr. V. Dobrovolskas.
Šių žvaigždžių tyrimai leidžia mokslininkams suprasti, kaip ir kokiu tempu Visata plečiasi dabar ir kaip plėtėsi anksčiau.
Iš tiesų būtent tokias žvaigždes tyrę mokslininkai, 10-ojo dešimtmečio ir 2000-ųjų metų sandūroje nustatė, kad mūsų Visata plečiasi greitėjančiu tempu. Už tai 2011 metais jiems buvo skirta Nobelio premija.
Interviu su vienu iš šių mokslininkų Brianu Schmidtu galite skaityti čia.
Be to, jis su kolegomis į astronomijos pasaulį įvedė tamsiosios energijos, kuri, dabar jau žinoma, sudaro daugiau nei 70 proc. Visatos, sąvoką. Jie iškėlė mintį, kad tamsioji energija yra susijusi su Visatos plėtimusi.
„Kol kas niekas negali paaiškinti, kodėl Visata plečiasi greitėjančiu tempu ir apskritai kas per dalykas ta tamsioji energija“, – teigia astronomas dr. V. Dobrovolskas, pridurdamas, kad į šiuos klausimus galbūt padės atsakyti Nancy Grace Roman teleskopas.
„Kuo didesnį kiekį tokių sprogusių žvaigždžių mes aptiksime ar kuo geresnę statistiką turėsime, tai padės padaryti kažkokias įžvalgas.“
Tamsioji materija
Taigi, 5 proc. Visatos sudaro matoma materija (trilijonai išsibarsčiusių planetų, žvaigždžių ir pan.), 70 proc. – tamsioji energija, o likę 25 proc. yra vadinami tamsiąja materija.
Tai medžiaga, kuri turi gravitaciją, tačiau yra nematoma. Ji prasiskverbia pro mus, prasiskverbia pro save pačią ir, atrodo, nesąveikauja su niekuo kitu Visatoje jokiu būdu, išskyrus per gravitaciją.
Mokslininkai nesupranta, kas yra tamsioji materija. Tad tikimasi, kad Roman observatorija padės susiaurinti dalelių kandidačių ratą, sudarydama išsamiausią iki šiol trimatį Visatoje esančių galaktikų ir galaktikų spiečių pasiskirstymo žemėlapį.
Misija atliks išsamiausius kada nors vykdytus tamsiosios medžiagos tyrimus. Iš viso Roman teleskopas nustatys įprastosios ir tamsiosios materijos pasiskirstymą bei kiekį šimtuose milijonų galaktikų.
Jei tamsiąją materiją sudaro sunkios ir lėtai judančios dalelės, jos turėtų lengvai telktis į sankaupas, todėl Roman teleskopas turėtų aptikti galaktikų formavimosi požymių ankstyvojoje Visatos istorijoje. Tuo metu jei tamsiąją materiją sudaro lengvesnės ir greičiau judančios dalelės, joms turėtų prireikti daugiau laiko susitelkti į sankaupas ir susiformuoti didelės apimties struktūroms.
Jei astronomams pavyks susiaurinti galimų tamsiosios materijos dalelių kandidačių ratą, būsime vienu žingsniu arčiau tiesioginio jų aptikimo eksperimentų Žemėje.
Be jau įvardytų mokslinių tikslų, Roman teleskopas, kaip ir kiti šiuolaikiniai teleskopai, suprojektuotas taip, kad galėtų užfiksuoti netikėtus reiškinius. Kiekvieną kartą, kai jis vėl stebės tą patį dangaus plotą, programinė įranga automatiškai ieškos visko, kas pasikeitė, ir greitai įspės astronomus visame pasaulyje.
Įspėjimų komandos vadovė Mansi Kasliwal iš Kalifornijos technologijos instituto tikisi, kad taip bus atrasta visko – nuo susiliejančių dvigubų žvaigždžių iki po savęs nieko nepaliekančių supernovų, t. y. tam tikros rūšies sprogimų, kurie, kaip manoma, susiję tik su pačiomis seniausiomis Visatos žvaigždėmis, skelbia „Science“.
Misijos trukmė ir kaina
Kol kas ši 4,3 mlrd. JAV dolerių (3,7 mlrd. eurų) vertės misija suplanuota penkeriems metams. Tačiau, anot dr. V. Dobrovolsko, jau dabar galima sakyti, kad ji greičiausiai bus pratęsta.
„Pagrindinis finansavimas dabar yra skirtas penkeriems metams, bet dažniausiai taip nutinka, kad teleskopai sėkmingai veikia, ir inžinieriai dažnai sugeba su mažesnėmis kuro sąnaudomis teleskopus kosmose valdyti dar ilgiau. Todėl labai įprasta, kad teleskopų darbas pratęsiamas ne vieną kartą. Taigi labiausiai tikėtina, kad teleskopas veiks bent dešimtmetį“, – sako mokslininkas.
Galiausiai likus itin mažai kuro, Žemėje esanti komanda paskutinį kartą įjungs teleskopo variklius ir nukreips jį į amžinąją kelionę aplink Saulę.
„Teleskopai tiesiog lieka tokie lyg Saulės palydovai, bet, aišku, ryšys su jais jau yra nutraukiamas, ir tada jie pradeda laisvai dreifuoti“, – užbaigia Vilniaus universiteto astrofizikas dr. Vidas Dobrovolskas.
