Várakozáson felül teljesít Nancy Grace Roman, a NASA új űrtávcsöve

A ScienceDaily beszámolója szerint a NASA Nancy Grace Roman űrtávcsöve minden várakozást felülmúló teljesítményt nyújt, miután a mérnökök lezárták a komplex tesztelési és precíziós kalibrációs folyamatok sorozatát. A gondos munka eredményeként az obszervatórium nagy teljesítményű műszerei kivételesen éles fókuszba kerültek, a fő kamerarendszer pedig a korábban előre jelzettnél közel 30 százalékkal jobb képminőséget biztosít. Ez a technikai siker kulcsfontosságú lépés a távcső azon ambiciózus küldetése felé, amely a sötét anyag, a sötét energia és az univerzum egyéb rejtélyeinek feltérképezésére irányul.

A Wide Field Instrument rendszermérnöke, Dave Hickey szerint a távcső összes átfogó felmérése erre a műszerre támaszkodik majd. A szakember hangsúlyozta, hogy a küldetés elsődleges céljai, mint például a sötét anyag és a sötét energia tanulmányozása, e nélkül nem lennének megvalósíthatóak, ezért különösen örömteli látni, hogy a berendezés kiválóan működik. Még a legkisebb optikai pontosságbeli javulások is segíthetnek a Roman űrtávcsőnek abban, hogy tisztább felvételeket készítsen a kozmoszról végzett átfogó felmérései során.

A Wide Field Instrument szeptemberi aktiválását követően a mérnökök átfogó tesztelési kampányba kezdtek, hogy megerősítsék az egyes komponensek önálló és rendszerbe integrált működését. Elsőként a 18 detektort és az azokat működtető elektronikát vizsgálták meg, majd az elemtárcsát, amely szűrőkkel és optikai alkatrészekkel van felszerelve. Ez utóbbi lehetővé teszi a beérkező fény hullámhossz szerinti szétválasztását, biztosítva a pontos színkezelést.

Ezt követte a belső kalibrációs rendszer tesztelése, ahol a fényemittáló diódák segítségével különböző fényerősségeket és színeket szimuláltak. A detektorok reakcióinak mérésével a kutatók azonosítani tudták az érzékenységi különbségeket, és elvégezhették a szükséges korrekciókat. A mérnökök emellett tesztelték az igazítási mechanizmust, és a termikus vezérlőrendszert is, amely a különböző komponensek működéséhez szükséges hőmérsékletet tartja fenn.

A kalibrációs folyamatot a szakemberek egy koncert előtti hangszerhangoláshoz hasonlították. A cél az volt, hogy minden beállítást a lehető legpontosabbra hangoljanak, majd a beállításokat rögzítsék, hogy a távcső a használat során következetesen és megbízhatóan működjön. A távcső általános optikai igazításának finomhangolása során a szakemberek már a kezdetektől biztató eredményeket tapasztaltak.

A tükrök és egyéb optikai elemek már eleve rendkívüli pontossággal voltak pozicionálva, így csak kisebb korrekciókra volt szükség. Matthew Bolcar, a Roman optikai rendszerek vezetője szerint a teljesítmény már a beállítások előtt is kiváló volt, ami a földi előkészítő munkák sikerét dicséri. A tesztelési és modellezési munka, amelyet a Goddard Űrközpontban, valamint a L3Harris és a BAE Space and Mission Systems vállalkozóinál végeztek, minimálisra csökkentette a szükséges korrekciók számát.

Az űrben történő precíziós beállítás különösen nagy kihívást jelent, mivel a felbocsátás során fellépő erők apró elmozdulásokat okozhatnak az érzékeny berendezésekben. Az augusztus 30-án indított űrtávcső esetében a földi tesztek során nem lehetett tökéletesen reprodukálni a súlytalanságot és az űrbeli hőmérsékleti viszonyokat, ám a legutóbbi értékelések azt mutatták, hogy a földi modellezés kiválóan sikerült, és a műszerek teljesítménye meghaladta a várakozásokat.

A Roman űrtávcső bonyolult tükörrendszerrel gyűjti a távoli kozmikus objektumok fényét. Alden Jurling vezető optikai mérnök elmondta, hogy a másodlagos tükröt körülbelül egy emberi hajszál átmérőjének egytizenhatodával mozdították el. Ez a rendkívül apró, mégis kritikus jelentőségű beállítás biztosítja, hogy a fény a lehető legpontosabb útvonalon haladjon a detektorok felé.

A szakember szemléltetése szerint, ha ezt a magasságot az Empire State Building magasságára vetítjük, a változás kisebb, mint egyetlen amerikai penny elhelyezése a torony csúcsán. Bár emberi léptékkel szinte felfoghatatlan, egy ilyen apró beállítás döntő különbséget jelenthet egy olyan távcsőnél, amelyet hatalmas kozmikus távolságok vizsgálatára terveztek.

A csapat kezdetben a Coronagraph műszerre koncentrált, amely kissé életlen képeket produkált. A probléma azonban kevésbé volt súlyos, mint várták, így viszonylag egyszerűen sikerült korrigálni. A coronagraph mostanra megfelel a csapat szigorú teljesítményelvárásainak. A mérnökök a jövőben tovább finomítják a kamera beállításait és a deformálható tükrök konfigurációját, amelyek képesek alakjukat változtatva korrigálni a beérkező fényt.

A következő hetekben a csapat tervezi a coronagraph azon képességének tesztelését, amellyel képes blokkolni a nem kívánt fényt, ami elengedhetetlen a fényes objektumok közelében lévő halvány égitestek megfigyeléséhez. Miután a coronagraph fókuszát optimalizálták, a mérnökök visszatértek a Wide Field Instrumenthez egy újabb környi finomhangolásra.

A végső mérések azt mutatták, hogy a Wide Field Instrument optikai teljesítménye közel 30 százalékkal jobb a vártnál. Mielőtt a távcső elhagyta volna a Földet, a mérnökök körülbelül 90 nanométeres RMS (négyzetes középérték) hibahatárt határoztak meg. Ez a mérőszám az optikai hiba mértékét írja le, vagyis azt, hogy a beérkező fény mennyire tér el az ideális, tökéletesen fókuszált hullámfronttól.

A 90 nanométeres skála érzékeltetésére érdemes tudni, hogy ez körülbelül 1000-szer vékonyabb, mint egy emberi hajszál. Ilyen apró méretek mellett még a látszólag jelentéktelen tökéletlenségek is befolyásolhatják a csillagászati képek élességét. A legutóbbi korrekciók után azonban a mérnökök mindössze 63 nanométeres RMS optikai hibát mértek, ami jelentősen jobb az eredeti követelménynél.

Ez a javulás azt jelenti, hogy a Roman űrtávcső az eredetileg tervezettnél is élesebb képeket készíthet, ami jelentősen növeli a részletes megfigyelések hatékonyságát az égbolt hatalmas területein. A szakértők szerint ez az eredmény a hosszú évekig tartó gondos modellezés, a precíziós méréstechnika és a tesztelés gyümölcse.

Mivel mindkét tudományos műszer megfelel az elvárásoknak, vagy meg is haladja azokat, a Roman űrtávcső újabb fontos mérföldkövet teljesített a rutinmegfigyelések megkezdése előtt. A kapott adatok ígéretes kilátásokat nyújtanak az univerzum rejtett szerkezetének és fejlődésének közelgő vizsgálatához.