Die NASA steht kurz davor, ein Weltraumobservatorium zu starten, das dabei helfen könnte, einige der größten Rätsel der modernen Astronomie zu lösen. Das Nancy Grace Roman Space Telescope wird untersuchen, wie das Universum entstand, woraus es besteht und wie es sich im Laufe der Zeit entwickelt hat.
Das Observatorium ist nach der ersten Chefastronomin der NASA und ihrer ersten weiblichen Führungskraft benannt. Nancy Grace Roman, die 2018 im Alter von 93 Jahren starb, leistete wichtige Beiträge zu unserem Verständnis der Sterne und spielte eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung des Weltraumastronomieprogramms der NASA.
Das Teleskop trifft letzte Vorbereitungen für seinen geplanten Start vom Kennedy Space Center in Florida Ende August. Sie liegt acht Monate vor dem ursprünglichen Zeitplan und unter dem Budget, eine seltene Leistung für eine Flaggschiff-Mission der NASA.
Im Gegensatz zum James Webb-Weltraumteleskop, das darauf ausgelegt ist, einzelne Objekte in außergewöhnlicher Detailgenauigkeit zu beobachten, ist Roman für die Beobachtung des Himmels im großen Maßstab konzipiert. Es wird große Bereiche des Kosmos abdecken und es den Astronomen ermöglichen, sich ein viel umfassenderes Bild des Universums und seiner Veränderungen zu machen.
Roman hat eine ungewöhnliche Geschichte. Sein Leben begann als „Ersatz“-Spionagesatellit, der der NASA von der US-Regierungsbehörde gespendet wurde, die für das Sammeln von Informationen aus dem Weltraum zuständig ist.
Roman trägt zwei Hauptinstrumente, die von der NASA hinzugefügt wurden. Dies sind das Weitfeldinstrument und der Koronograph. Das Weitfeldinstrument wird Infrarotlicht aus dem Universum erfassen. Infrarotlicht hat etwas längere Wellenlängen als sichtbares Licht. Dadurch kann das Instrument durch kosmischen Staub hindurchsehen und tiefer in den Kosmos blicken.
Nancy Grace Roman, die erste Chefastronomin der NASA, fotografiert im Goddard Space Flight Center der Agentur in Greenbelt, Maryland, um 1972. NASA/Esa, CC BY
Sein Sichtfeld (wie viel Himmel man sieht, wenn man in eine bestimmte Richtung zeigt) ist etwa 100-mal größer als das der Infrarotkamera des Hubble-Weltraumteleskops, aber mit ähnlicher Schärfe. Die Fähigkeiten des Weitfeldinstruments ermöglichen es außerdem, den Kosmos etwa 1.000 Mal schneller als Hubble zu untersuchen. Roman konnte in einem Bruchteil der Zeit Beobachtungen durchführen, für die Hubble Jahrhunderte benötigen würde.
Der Koronograph soll die überwältigende Blendung nahegelegener Sterne blockieren. Die Idee ist ein bisschen so, als würde man die Hand vor die Sonne halten, um etwas Schwaches daneben leichter erkennen zu können.
Durch die Unterdrückung des Sternenlichts wird der Koronograph es Astronomen ermöglichen, Methoden zur direkten Abbildung schwacher Planeten und Staub- und Gasscheiben um andere Sterne zu testen.
Das römische Teleskop ist startbereit (Nasa Goddard Space Flight Center)
Im Laufe seiner Mission wird Roman voraussichtlich Milliarden Galaxien und Dutzende Milliarden Sterne entdecken. Romans Kombination aus Maßstab und Präzision verleiht dem Teleskop seine Kraft. Sie werden genug Himmel sehen, um umfassende kosmische Muster zu erkennen, und gleichzeitig Galaxien und Sterne präzise genug vermessen, um kleine, aber wichtige Effekte zu erkennen.
kosmische Evolution
Die moderne Kosmologie – die Erforschung der Entstehung und Entwicklung des Universums – basiert auf einem bemerkenswert erfolgreichen Modell. Nach diesem Modell des Universums stellt gewöhnliche Materie (die Bestandteile von Sternen, Planeten und Menschen) nur einen kleinen Bruchteil von allem dar, was existiert. Der Rest des Kosmos besteht aus zwei mysteriösen und unsichtbaren Komponenten.
Die erste ist die Dunkle Materie, die etwa 25 % des Universums ausmacht. Diese Form von Materie reflektiert oder absorbiert kein Licht, aber ihre Anziehungskraft trägt dazu bei, Galaxien zusammenzuhalten. Die Mission könnte dazu beitragen, Licht auf die Natur der Dunklen Materie zu werfen, indem sie nachverfolgt, wie sie die Galaxienbildung in verschiedenen Epochen der kosmischen Geschichte beeinflusst hat.
Das Hauptmodell zur Entwicklung des Universums war sehr erfolgreich, es gibt jedoch Anzeichen für Probleme. POT
Die zweite unsichtbare Komponente ist die Dunkle Energie, die etwa 70 % des Universums ausmacht. Ihre genaue Natur bleibt unklar, aber dunkle Energie beschleunigt die Expansion des Universums. Jahrzehntelang gingen Astronomen davon aus, dass es konstant oder gleichmäßig ist. Jüngste Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass sich die Dunkle Energie im Laufe der Zeit verändern könnte. Roman wird diese Ideen im Wettbewerb testen.
Wenn die dunkle Energie konstant ist, deutet sie auf ein Universum hin, das sich für immer weiter ausdehnt. Wenn sich die dunkle Energie verändert, könnte dies auf eine neue Physik hinweisen, die über unsere aktuellen Theorien hinausgeht.
Roman könnte helfen, ein seit langem bestehendes Rätsel zu lösen: Warum wir das Universum zu einer Zeit beobachten, in der die Dichten von dunkler Materie und dunkler Energie ungefähr vergleichbar sind. Im frühen Universum dominierte die Materie.
Dunkle Materie ist Teil der Grundstruktur des Universums, das sogenannte kosmische Netz. Das
Es wird erwartet, dass die Dunkle Energie in ferner Zukunft vollständig dominieren wird. Die gegenwärtige Ära scheint ein Übergang zwischen beiden zu sein: eine kosmische Pause, die Milliarden von Jahren dauert, aber im Leben des Universums nur von kurzer Dauer ist.
Dies könnte ein einfacher Zufall oder ein Hinweis auf neue Erkenntnisse über den Kosmos sein. Beispielsweise könnte es sein, dass sich die dunkle Energie im Laufe der Zeit verändert, dass sich die Schwerkraft auf kosmischen Skalen anders verhält oder dass in unserem Modell des Universums eine Zutat fehlt. Um zwischen diesen Szenarien zu unterscheiden, wären Beobachtungen über enorme kosmische Zeiträume hinweg erforderlich – genau die Art von Daten, die Roman liefern wird.
Jenseits der Kosmologie
Romans Wissenschaft geht weit über die dunkle Energie hinaus. Es wird die bisher größte Untersuchung von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems durchführen und mithilfe einer Technik namens Gravitationsmikrolinse Tausende neuer Welten entdecken.
Mikrolinsen entstehen, wenn die Schwerkraft eines Vordergrundsterns das Licht eines weiter entfernten Sterns im Hintergrund kurzzeitig beugt und verstärkt und so als natürliche Vergrößerungslinse zwischen uns und einem entfernten Objekt wirkt. Wenn der Vordergrundstern einen Planeten hat, kann dieser Planet ein kleines zusätzliches Leuchten im Signal erzeugen und so seine Anwesenheit verraten.
Das römische Teleskop könnte Welten finden, die mit anderen Techniken zur Entdeckung von Exoplaneten schwer zu finden wären. NASA, Esa und G. Bacon (STScI)
Viele dieser Exoplaneten wären mit den beiden am häufigsten verwendeten Techniken zur Entdeckung von Exoplaneten schwer zu finden: der Transit- und der Radialgeschwindigkeitsmethode. Mithilfe der Mikrolinse konnte Roman Planeten in weiten Umlaufbahnen, Planeten mit geringer Masse und sogar frei schwebende Welten finden, die nicht an Sterne gebunden sind.
Roman ist auch Teil einer neuen Ära des Studiums der Astronomie. Aufgrund seiner Weitfeldfähigkeiten steht es neben anderen wichtigen Missionen. Die Euklid-Weltraummission der Europäischen Weltraumorganisation kartiert Milliarden von Galaxien, um dunkle Materie und Energie zu untersuchen. Das auf einem Berggipfel in Chile errichtete Vera-C.-Rubin-Observatorium wird wiederholt den Südhimmel absuchen.
Das römische Teleskop ist zusammengebaut und die letzten Vorbereitungen für seinen Start werden getroffen. NASA/Scott Wiessinger
Zusammen werden diese Observatorien Astronomen dabei helfen, das Universum bei verschiedenen Wellenlängen, Entfernungen und Zeitskalen zu kartieren.
Roman wird auch mit dem James Webb-Weltraumteleskop zusammenarbeiten und großräumige Muster und ungewöhnliche Objekte am Himmel identifizieren, die Webb dann im Detail untersuchen kann. Diese Kombination aus Breite und Tiefe wird in der modernen Astronomie immer wichtiger.
Romans größte Wirkung könnte durch das Unerwartete entstehen. Durch wiederholte Beobachtungen großer Himmelsbereiche entdecken Sie seltene Ereignisse und noch nie dagewesene Phänomene. Für Astronomen ist dies einer der interessantesten Aspekte der Mission.
Durch die Kartierung des Universums in beispielloser Detailliertheit wird das römische Teleskop einen aussagekräftigen Test unseres aktuellen Verständnisses der Kosmologie darstellen und möglicherweise den Weg zu einer neuen Physik weisen.