تلسکوپ نانسی گریس رومن از میدان دید تا قدرت زوم

 تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن ناسا در 30 اوت 2026 با موشک فالکون هوی به سوی نقطه لاگرانژی L2 پرتاب شد. این تلسکوپ با میدان دید بسیار گسترده ، برای مطالعه انرژی تاریک ، ساختار کیهان و سیارات فراخورشیدی طراحی شده و دو ابزار علمی WFI و CGI را حمل می کند.

تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن؛ چشم تازه ناسا برای کاوش کیهان

تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن (Nancy Grace Roman Space Telescope) که با نام های تلسکوپ فضایی رومن ، Roman ، NGRST و RST نیز شناخته می شود ، یک تلسکوپ فضایی فروسرخ متعلق به ناساست. این تلسکوپ در 30 اوت 2026 با یک موشک فالکون هوی به سوی مدار هاله ای پیرامون نقطه لاگرانژی L2 سامانه خورشید-زمین پرتاب شد.

نام این تلسکوپ به افتخار نانسی گریس رومن ، نخستین اخترشناس ارشد ناسا ، انتخاب شده است.

تلسکوپی با میدان دیدی بسیار گسترده

رومن بر پایه یک آینه اصلی با قطر 2٫4 متر ساخته شده است؛ آینه ای که پیش تر در اختیار دفتر شناسایی ملی آمریکا (NRO) بود و به ناسا اهدا شد.

اگرچه قطر آینه رومن با تلسکوپ فضایی هابل یکسان است ، میدان دید بسیار گسترده تر آن امکان بررسی بخش های بسیار بزرگ تری از آسمان را فراهم می کند.

رومن دو ابزار علمی اصلی را با خود حمل می کند :

• ابزار میدان گسترده (WFI) : یک دوربین 300٫8 مگاپیکسلی برای تصویربرداری چندباندی و طیف سنجی در طول موج های مرئی و فروسرخ نزدیک.
• ابزار تاج نگار (CGI) : سامانه ای با میدان دید کوچک و کنتراست بسیار بالا که برای سرکوب نور ستاره و مطالعه مستقیم سیارات فراخورشیدی طراحی شده است.

میدان دید WFI حدود 0٫28 درجه مربع است؛ یعنی تقریباً 100 برابر بزرگ تر از دوربین های تصویربرداری هابل. وضوح تصاویر آن نیز در حد هابل خواهد بود.

اهداف علمی؛ از انرژی تاریک تا سیارات سرگردان

رومن برای پاسخ دادن به برخی از مهم ترین پرسش های اخترشناسی و کیهان شناسی ساخته شده است. بخش مهمی از مأموریت آن به مطالعه انرژی تاریک ، ساختار کیهان و سیارات فراخورشیدی اختصاص دارد.

راز انرژی تاریک و شتاب کیهانی

یکی از مهم ترین اهداف رومن بررسی این پرسش است که چرا انبساط جهان با شتاب ادامه پیدا می کند.

دانشمندان می خواهند بدانند :

• آیا این شتاب ناشی از نوعی مولفه جدید در جهان ، یعنی انرژی تاریک ، است؟
• یا اینکه شاید نظریه نسبیت عام در مقیاس های کیهانی نیازمند اصلاح باشد؟
• اگر انرژی تاریک واقعاً وجود دارد ، آیا چگالی انرژی آن در طول زمان ثابت مانده یا در تاریخ کیهان تغییر کرده است؟

رومن برای بررسی این مسائل از سه روش مستقل استفاده خواهد کرد :

1. نوسانات آکوستیکی باریونی (BAO)
2. مطالعه ابرنواخترهای دوردست
3. همگرایی گرانشی ضعیف

این اندازه گیری ها در کنار مأموریت هایی مانند Euclid آژانس فضایی اروپا ، تصویر دقیق تری از تحول کیهان ارائه خواهند کرد.

جست وجوی سیارات فراخورشیدی

یکی دیگر از اهداف مهم رومن ، تهیه یک سرشماری گسترده از سیارات فراخورشیدی است.

این تلسکوپ به ویژه برای یافتن سیاراتی در بخش های سرد و بیرونی منظومه های سیاره ای مناسب خواهد بود؛ مناطقی که شناسایی آنها با بسیاری از روش های متداول دشوار است.

رومن از روش ریزهمگرایی گرانشی استفاده می کند؛ روشی که می تواند سیاراتی با جرمی تنها چند برابر جرم ماه را نیز شناسایی کند.

این بررسی همچنین می تواند جمعیتی از سیارات سرگردان یا آزادشناور را آشکار کند؛ سیاراتی که به دور هیچ ستاره ای نمی گردند و ممکن است جرم آنها تا حدود جرم مریخ باشد.

تصویربرداری مستقیم از سیارات

ابزار تاج نگار رومن برای مشاهده مستقیم سیارات فراخورشیدی نیز طراحی شده است.

این ابزار با استفاده از فناوری های پیشرفته سرکوب نور ستاره ، نور شدید ستاره میزبان را کاهش می دهد تا نور بسیار کم فروغ سیارات اطراف آن قابل مشاهده باشد.

هدف این است که رومن بتواند نخستین تصاویر مستقیم و طیف سیاراتی را در اطراف برخی از نزدیک ترین ستاره ها ثبت کند؛ سیاراتی که از نظر ابعاد و ویژگی ها می توانند به غول های گازی منظومه شمسی شباهت داشته باشند.

جست وجوی سیاه چاله های نخستین

رومن همچنین می تواند به جست وجوی سیاه چاله های نخستین (Primordial Black Holes) کمک کند؛ اجرامی فرضی که ممکن است در نخستین مراحل شکل گیری جهان پدید آمده باشند.

ابزار علمی نخست؛ دوربین میدان گسترده WFI

Wide Field Instrument یا WFI ابزار اصلی علمی رومن است.

این سامانه یک دوربین 300٫8 مگاپیکسلی است که می تواند در محدوده 0٫48 تا 2٫30 میکرومتر ، از نور مرئی تا فروسرخ نزدیک ، تصویربرداری و طیف سنجی انجام دهد.

هشت فیلتر برای بررسی رنگ های مختلف نور

WFI دارای هشت فیلتر علمی است :

• یک فیلتر با پهنای باند وسیع
• هفت فیلتر با پهنای باند باریک تر

این فیلترها به دانشمندان اجازه می دهند بخش های مختلف طیف نور اجرام آسمانی را بررسی کنند.

علاوه بر فیلترها ، WFI به یک گریسم با پراکندگی بالا و یک منشور با پراکندگی پایین مجهز است که امکان انجام طیف سنجی بدون شکاف در میدان وسیع را فراهم می کنند.

سامانه چرخان انتخاب ابزار

فیلترها ، دو ابزار طیف سنجی و یک عنصر تاریک در مجموعه ای موسوم به Element Wheel Assembly قرار گرفته اند.

این مجموعه می تواند بچرخد و هر عنصر را به صورت جداگانه در موقعیت فعال قرار دهد. در نتیجه ، دانشمندان می توانند بسته به هدف علمی ، نوع نور موردنیاز یا حالت تصویربرداری و طیف سنجی را انتخاب کنند.

آشکارسازهای فروسرخ پیشرفته

صفحه کانونی WFI از یک آرایه آشکارساز HgCdTe تشکیل شده است.

این آرایه میدان دیدی حدود 0٫28 درجه مربع و وضوح زاویه ای 0٫11 ثانیه قوسی دارد و از 18 آشکارساز H4RG-10 ساخت شرکت Teledyne تشکیل شده است.

سامانه همچنین قابلیت کالیبراسیون داخلی دارد تا دانشمندان بتوانند تغییرات بسیار ظریف تصاویر را از اعوجاج های عادی ناشی از اپتیک یا آشکارسازها تفکیک کنند.

صفحه کانونی روی مجموعه ای از عملگرهای شش پایه یا هگزاپاد نصب شده است که امکان تنظیم دقیق موقعیت آن برای دستیابی به بهترین فوکوس را فراهم می کنند.

WFI در اوت 2024 تکمیل و به ناسا تحویل داده شد.

ابزار دوم؛ تاج نگار CGI

Coronagraph Instrument یا CGI برای تصویربرداری با کنتراست بسیار بالا طراحی شده است.

این ابزار در طول موج های کوتاه تر ، از حدود 575 تا 825 نانومتر ، فعالیت می کند و از دو آینه تغییرشکل پذیر برای کاهش نور ستاره استفاده می کند.

هدف فناوری CGI دستیابی به سرکوب نور ستاره تا سطح حدود یک در یک میلیارد است. این عملکرد می تواند امکان شناسایی و طیف سنجی سیاراتی را فراهم کند که تنها حدود 0٫15 ثانیه قوسی از ستاره میزبان خود فاصله ظاهری دارند.

CGI علاوه بر اهداف علمی ، یک نمایشگر فناوری نیز محسوب می شود و می تواند فناوری های موردنیاز برای تلسکوپ های فضایی بزرگ تر آینده ، از جمله رصدخانه جهان های قابل سکونت (HWO) ، را آزمایش کند.

از WFIRST تا تلسکوپ رومن

ریشه های این مأموریت به طرح هایی برای مأموریت مشترک انرژی تاریک (JDEM) میان ناسا و وزارت انرژی آمریکا بازمی گردد.

در سال های 2011 و 2012، یکی از طرح های اولیه با عنوان WFIRST Design Reference Mission 1 بررسی شد. این طرح شامل یک تلسکوپ 1٫3 متری با طراحی سه آینه ای و یک ابزار تصویربرداری و طیف سنجی بود.

اما در سال 2012 تحول مهمی در پروژه رخ داد.

پیشنهاد تلسکوپ های اهدایی NRO

دفتر شناسایی ملی آمریکا اعلام کرد که دو تلسکوپ فضایی ساخته شده برای این سازمان را به ناسا اهدا خواهد کرد.

این تلسکوپ ها آینه هایی با قطر 2٫4 متر داشتند؛ یعنی هم اندازه آینه هابل ، اما با فاصله کانونی کوتاه تر و در نتیجه میدان دید وسیع تر.

این پیشنهاد مسیر طراحی مأموریت را تغییر داد و مفهوم جدیدی با عنوان WFIRST-AFTA شکل گرفت.

در ادامه ، این طرح به مبنای مأموریت کنونی رومن تبدیل شد و یک تاج نگار نیز به طراحی پایه آن افزوده شد تا امکان تصویربرداری مستقیم از سیارات فراخورشیدی فراهم شود.

آغاز رسمی پروژه و چالش های مالی

در سال های 2014 و 2015، کنگره آمریکا بودجه هایی را برای توسعه این پروژه اختصاص داد.

در سال مالی 2016 نیز 90 میلیون دلار برای این مأموریت در نظر گرفته شد؛ رقمی بسیار بیشتر از درخواست اولیه ناسا. این تأمین مالی باعث شد پروژه در فوریه 2016 وارد مرحله فرمول بندی شود.

در همان سال ، ناسا پروژه را به عنوان یک مأموریت رسمی دنبال کرد و بخش «AFTA» از نام WFIRST-AFTA کنار گذاشته شد.

در آن مقطع ، هزینه کل مأموریت بیش از 2 میلیارد دلار برآورد می شد.

انتخاب مدار L2

در بررسی های اولیه ، دو گزینه اصلی برای محل فعالیت رومن مطرح بود :

• مدار زمین ثابت
• مدار پیرامون نقطه لاگرانژی خورشید-زمین L2

مدار L2 از نظر نرخ انتقال داده و میزان پیشران موردنیاز معایبی داشت ، اما در مقابل مزایایی مانند پایداری حرارتی بهتر ، شرایط رصدی مناسب تر و محیط تابشی مطلوب تر ارائه می کرد.

برخی مطالعات علمی ، از جمله اندازه گیری های مرتبط با ریزهمگرایی گرانشی سیارات فراخورشیدی ، نیز از قرارگیری رومن در L2 سود می برند.

در نهایت ، در سال 2016 تصمیم گرفته شد رومن در یک مدار هاله ای پیرامون L2 قرار گیرد.

توسعه مأموریت و بازبینی های فنی

توسعه مرحله A مأموریت در سال 2016 آغاز شد و نیل گرلز به عنوان دانشمند پروژه فعالیت داشت.

در سال 2017 ناسا یک بررسی مستقل از پروژه انجام داد تا دامنه ، هزینه و پیچیدگی مأموریت ارزیابی شود.

این بررسی تأکید کرد که رومن ظرفیت های علمی بی سابقه ای در حوزه های انرژی تاریک ، سیارات فراخورشیدی و اخترفیزیک عمومی دارد ، اما هم زمان خواستار کاهش هزینه و پیچیدگی پروژه شد تا برآورد هزینه به هدف 3٫2 میلیارد دلار نزدیک شود.

خطر لغو پروژه

در سال 2018 دولت وقت آمریکا پیشنهاد کاهش یا توقف بودجه رومن را مطرح کرد.

این پیشنهاد با واکنش منفی جامعه اخترشناسی آمریکا مواجه شد؛ زیرا رومن در بررسی ده ساله سال 2010 به عنوان اولویت نخست مأموریت های فضایی نجومی برای دهه 2020 معرفی شده بود.

کنگره در نهایت از ادامه پروژه حمایت کرد و بودجه ای برای پیشبرد آن اختصاص داد.

قرارداد ساخت و ادامه توسعه

در نوامبر 2018 ناسا قرارداد ساخت مجموعه تلسکوپ نوری یا OTA را به شرکت Harris Corporation واگذار کرد.

در سال 2019 نیز بودجه 312 میلیون دلاری برای رومن تصویب شد و هدف هزینه ای 3٫2 میلیارد دلاری برای توسعه پروژه همچنان مبنا قرار گرفت.

رومن در نوامبر 2019 بررسی مقدماتی طراحی یا PDR را پشت سر گذاشت.

در 2 مارس 2020، ناسا رسماً اعلام کرد که مأموریت وارد مرحله اجرا می شود. هزینه توسعه در آن زمان 3٫2 میلیارد دلار و حداکثر هزینه کلی مأموریت ، با احتساب تاج نگار و پنج سال فعالیت علمی ، حدود 3٫934 میلیارد دلار برآورد شد.

تغییر نام به افتخار نانسی گریس رومن

در 20 مه 2020، ناسا اعلام کرد که WFIRST به افتخار نانسی گریس رومن ، به تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن تغییر نام داده است.

رومن از چهره های تأثیرگذار در شکل گیری برنامه های نجومی ناسا بود و به عنوان نخستین رئیس بخش نجوم این سازمان شناخته می شود.

تأثیر همه گیری کرونا بر پروژه

همه گیری کووید-19 در یکی از حساس ترین مراحل توسعه رومن بر پروژه تأثیر گذاشت.

گزارشی که دفتر بازرس کل ناسا در 31 مارس 2021 منتشر کرد ، نشان داد که اختلال در فعالیت پیمانکاران و زنجیره تأمین هزینه های قابل توجهی ایجاد کرده است.

ناسا در آن زمان تأثیر مالی کلی همه گیری بر پروژه را حدود 400 میلیون دلار برآورد کرد.

در 29 سپتامبر 2021، رومن بررسی طراحی بحرانی یا CDR را با موفقیت پشت سر گذاشت.

ناسا با درنظرگرفتن آثار همه گیری و برنامه تکمیل سخت افزار پروازی تا سال 2024، اعلام کرد که پرتاب نباید دیرتر از مه 2027 انجام شود.

انتخاب فالکون هوی برای پرتاب

در 19 ژوئیه 2022، ناسا اعلام کرد که رومن با موشک Falcon Heavy پرتاب خواهد شد.

قرارداد پرتاب ، آمادگی برای پرتاب تا اکتبر 2026 را در نظر گرفته بود و هزینه پرتاب حدود 255 میلیون دلار اعلام شد.

تکمیل ساخت تلسکوپ

در سپتامبر 2024، بدنه ماهواره ای رومن تا حد زیادی تکمیل شد.

در دسامبر همان سال ، ابزارهای علمی و مجموعه آینه روی بخشی از فضاپیما موسوم به حامل ابزار نصب شدند.

تلسکوپ همچنین در اکتبر 2024 یک آزمایش چرخش مهم را با موفقیت پشت سر گذاشت.

در نهایت ، ساخت تلسکوپ در 25 نوامبر 2025 به پایان رسید.

تلاش دوباره برای کاهش بودجه؛ اما ادامه مأموریت

در آوریل 2025، دولت وقت آمریکا بار دیگر پیشنهاد کاهش بودجه رومن را مطرح کرد؛ این بار در قالب طرح بودجه سال مالی 2026.

حتی در مقطعی برنامه لغو رومن نیز در طرح های پیشنهادی مطرح شد.

با این حال ، نسخه بازنگری شده بودجه که در 31 مه 2025 منتشر شد ، دیگر شامل لغو تلسکوپ رومن نبود و مأموریت به مسیر خود ادامه داد.

رسیدن به مرکز فضایی کندی و پرتاب تاریخی

تلسکوپ تکمیل شده در 21 ژوئن 2026 به مرکز فضایی کندی در فلوریدا منتقل شد تا برای پرتاب آماده شود.

فرآیند سوخت گیری نیز تا 21 ژوئیه 2026 به پایان رسید و تاریخ پرتاب برای 30 اوت تعیین شد.

سرانجام ، تلسکوپ فضایی نانسی گریس رومن در 30 اوت 2026 ساعت 11:26 به وقت UTC با موشک فالکون هوی به فضا پرتاب شد و سفر خود به سوی مدار L2 را آغاز کرد.

همکاری های بین المللی

اگرچه رومن یک پروژه ناساست ، اما چندین نهاد و کشور در ساخت تجهیزات و پشتیبانی علمی آن مشارکت دارند.

چهار شریک بین المللی اصلی عبارت اند از :

• CNES ، سازمان فضایی فرانسه
• ESA ، آژانس فضایی اروپا
• JAXA ، آژانس اکتشافات هوافضای ژاپن
• موسسه ماکس پلانک برای اخترشناسی (MPIA) در آلمان

اروپا و ژاپن در توسعه بخش هایی از ابزار تاج نگار مشارکت کرده اند و MPIA نیز در بخش هایی از سامانه های دقیق هم ترازی CGI نقش داشته است.

برای پشتیبانی زمینی از مأموریت نیز ایستگاه های مختلفی در آمریکا ، ژاپن و استرالیا مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

مراکز اصلی مدیریت و عملیات علمی

دفتر پروژه رومن در مرکز پروازهای فضایی گادرد ناسا در مریلند قرار دارد. این مرکز مسئول مدیریت کلی پروژه ، توسعه WFI ، فضاپیما و تلسکوپ است.

توسعه ابزار CGI در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا (JPL) در کالیفرنیا انجام شده است.

فعالیت های علمی مأموریت نیز میان چند مرکز تقسیم شده اند؛ از جمله :

• مرکز عملیات علمی در Space Telescope Science Institute
• مرکز پردازش و تحلیل فروسرخ (IPAC)
• مرکز پروازهای فضایی گادرد

قراردادهای ساخت تجهیزات

در طول توسعه پروژه ، ناسا قراردادهای متعددی برای ساخت اجزای رومن منعقد کرد.

در مه 2018، شرکت Ball Aerospace برای تأمین بخش هایی از مجموعه اپتومکانیکی WFI انتخاب شد؛ این مجموعه بعدها تحت نام BAE Systems Space & Mission Systems قرار گرفت.

در ژوئن 2018 نیز قرارداد ساخت آشکارسازهای فروسرخ WFI به Teledyne Scientific and Imaging واگذار شد.

قرارداد ساخت مجموعه تلسکوپ نوری نیز در نوامبر 2018 به Harris Corporation رسید.

در ادامه ، موسسه ماکس پلانک برای اخترشناسی با همکاری ناسا در طراحی و ساخت مکانیزم های هم ترازی دقیق CGI مشارکت کرد؛ سامانه هایی که برای حرکت ، تثبیت و کنترل اجزای اپتیکی مانند فیلترها به کار می روند.

چرا رومن اهمیت دارد؟

تلسکوپ فضایی رومن قرار است مکمل هابل و جیمز وب باشد ، نه صرفاً جایگزین آنها.

هابِل عمدتاً به تصویربرداری با وضوح بالا شهرت دارد و جیمز وب توانایی فوق العاده ای در مطالعه اجرام کم نور و دوردست در فروسرخ دارد؛ در مقابل ، رومن با میدان دید بسیار وسیع می تواند بخش های عظیمی از آسمان را در مدت زمان نسبتاً کوتاه بررسی کند.

به همین دلیل ، رومن می تواند پلی میان مطالعات عمیق و دقیق اجرام منفرد و نقشه برداری گسترده از ساختار کیهان باشد.

از مطالعه انرژی تاریک و رشد ساختارهای کیهانی گرفته تا کشف سیارات کوچک ، سیارات سرگردان و آزمایش فناوری تصویربرداری مستقیم از جهان های دیگر ، رومن قرار است یکی از مهم ترین مأموریت های نجومی نسل جدید باشد.