NASAs senaste teleskop gör på ett år vad som tog Hubble två årtusenden

Om du ville kartlägga hela himlavalvet med Hubble-teleskopet skulle du behöva förbereda dig på en lång väntan – närmare bestämt cirka 2 000 år. Det är två årtusenden av att klicka, dra och foga samman bilder. När du väl var färdig skulle stjärnorna ha flyttat på sig, imperier ha fallit och din hårddisk skulle troligen vara en hög förhistoriskt damm. NASAs Nancy Grace Roman Space Telescope, som för närvarande står i ett renrum vid Goddard Space Flight Center, är på väg att förvandla det tvåtusenåriga slitgörat till en tolvmånadersspurt.

NASA-chefen Jared Isaacman bekräftade nyligen att observatoriet inte bara är färdigställt, utan för närvarande ligger åtta månader före tidsplanen och, mirakulöst nog, under budget. I en värld av högriskprojekt inom flyg- och rymdteknik, där förseningar mäts i årtionden och överskridanden i miljarder, är Roman det ultimata undantaget. Det är en imponerande maskin som har byggts och integrerats på bara sex år, redo att kliva ombord på en SpaceX Falcon Heavy-raket för en uppskjutning i början av september från Kennedy Space Center.

Teleskopet är uppkallat efter Nancy Grace Roman, kvinnan som ofta kallas för "Hubbles moder". Det är en passande hyllning. Medan hennes namne gav oss våra första klara ögon mot universum, är detta nya uppdrag utformat för att lösa de mysterier som dessa ögon avslöjade – främst varför universum expanderar i en accelererande takt och var allt det saknade materialet gömmer sig.

En halv miljon 4K-TV-apparater för ett enda fotografi

För att förstå omfattningen av den data Roman kommer att producera måste du sluta tänka i gigabytes och börja tänka i infrastruktur. Dr. Julie McEnery, senior forskare för uppdraget, förklarar det på ett sätt som får hjärnan att värka: om du ville visa bara en enda bild från Romans huvudundersökning i full upplösning, skulle du behöva mer än 500 000 4K-tv-apparater. Inte 500. Inte 5 000. En halv miljon.

Detta är "big data"-eran inom astronomin som tar fart på allvar. Där Hubble samlade in 172 terabytes data under sina första tre decennier, förväntas Roman sända tillbaka 1,4 terabytes vetenskaplig data varje dag. Det är en informationsflod som kommer att kräva helt nya sätt att bearbeta data. Vi letar inte längre bara efter en intressant galax; vi studerar miljarder av dem samtidigt för att se hur de klumpar ihop sig, rör sig och utvecklas över eoner.

Detta vidvinkelsätt är det enda sättet att ta sig an gåtan om mörk energi. Mörk energi är det osynliga "något" som utgör ungefär 68 % av universum och som trycker bort allt från allt annat. Du kan inte se det direkt, men du kan se dess effekter om du studerar tillräckligt många galaxer över ett tillräckligt stort område. Roman kommer att fungera som en kosmisk folkräknare som kartlägger positioner och avstånd för hundratals miljoner galaxer för att se exakt hur mörk energi har vunnit dragkampen mot gravitationen sedan Big Bang.

Medan ena halvan av teleskopet är besatt av universums största strukturer, letar den andra halvan efter något mycket mindre: planeter. Vi har redan bekräftat cirka 6 000 exoplaneter, främst genom att observera det lilla ljusfall som uppstår när de passerar framför sina stjärnor. Roman förväntas hitta tiotusentals till, men det kommer att göras med ett instrument som låter som ren science fiction.

Roman Coronagraph är i princip ett högteknologiskt par solglasögon för teleskopet. Dess uppgift är att blockera det bländande ljuset från en avlägsen stjärna så att det mycket, mycket svagare ljuset som reflekteras från en närliggande planet kan ses. För att ge dig en uppfattning om svårighetsgraden är det som att försöka se en eldfluga som svävar bredvid en fyr på flera kilometers avstånd. Om du inte blockerar fyren har du noll chans att se insekten.

Detta instrument är det mest avancerade i sitt slag som någonsin skickats upp. Det har ett system av "aktiv optik" – speglar som faktiskt kan ändra form något medan de är i rymden för att bibehålla perfekt precision. Detta handlar inte bara om att hitta ännu en gasjätte; det är ett konceptbevis för framtidens Habitable Worlds Observatory. Målet är att så småningom hitta en annan jord, och Roman är spaningsuppdraget som bevisar att vi har tekniken för att faktiskt observera en sådan direkt.

Teleskopets förmåga att hitta dessa världar genom mikrolinsning – att använda gravitationen från en stjärna för att förstärka ljuset från en annan – gör att vi kan hitta planeter som befinner sig längre bort från sina stjärnor än någonsin tidigare. Det kommer att fylla i luckorna i våra nuvarande planetkartor och visa oss de "kalla" planeter som andra teleskop helt enkelt inte kan se. Vi går från att veta att planeter existerar till att förstå den sanna mångfalden av solsystem i Vintergatan.

Enhörningen av statliga utgifter

Kanske är den mest chockerande delen av historien om Roman inte fysiken, utan pappersarbetet. NASA-projekt är ökända för att vid varje givet tillfälle vara "tio år och tio miljarder dollar" från slutförande. James Webb Space Telescope blev affischnamnet för detta och sköts till slut upp åratal för sent och miljarder över budget. Roman har vänt på steken.

Att slutföra ett flaggskeppsuppdrag åtta månader i förtid och under budget tyder på en mästarklass i projektledning och ingenjörsdisciplin. Teamet vid Goddard och deras industripartners lyckades integrera det massiva Wide Field Instrument och Coronagraph på rekordtid. Denna effektivitet är anledningen till att teleskopet redan förbereds för transport till Florida, där det ska möta sin skjuts med Falcon Heavy.

Valet av Falcon Heavy är betydelsefullt. Det är en av de kraftfullaste raketerna i världen, och den behöver varenda uns av den kraften för att skicka Roman till sin destination: den andra Lagrangepunkten (L2). Det är en stabil punkt i rymden cirka 1,5 miljoner kilometer från jorden, där teleskopet kan stanna i en fast position i förhållande till solen och jorden, med ryggen mot oss medan det stirrar ut i det djupa mörkret.

När det väl är på plats och påbörjar sitt femåriga huvuduppdrag kommer Roman inte att arbeta ensamt. Det är utformat för att arbeta i ett slags kosmiskt lagarbete med Hubble och Webb. Medan Webb fokuserar på de små, högupplösta detaljerna hos specifika objekt, kommer Roman att ge sammanhanget. Det kommer att hitta intressanta mål i sina massiva undersökningar, och sedan kan Webb zooma in för en närmare titt. Tillsammans utgör de en trio av observationskraft som kommer att ge oss den mest kompletta bilden av universum vi någonsin haft.

Att kartlägga vädret i den djupa kosmos

När vi talar om rymdväder menar vi oftast solstormar och strålningsbälten runt jorden. Men på den skala som Roman arbetar avser "väder" de stora rörelserna av gas, damm och stjärnor över galaxen. Roman kommer att spåra tiotals miljarder stjärnor och tusentals supernovor, vilket i praktiken kartlägger klimatet i Vintergatan och dess grannar.

Hastigheten med vilken Roman arbetar innebär att vi kan se saker förändras. Astronomi ses ofta som en långsam vetenskap, där saker tar miljontals år att hända. Men med Romans 1 000 gånger högre hastighet kan vi fånga de transienta händelserna – det som sker plötsligt – mer effektivt än någonsin tidigare. Det är skillnaden mellan att ta ett stillfoto av en folkmassa och att filma den i högupplöst video. Du ser rörelsen, flödet och de oväntade kollisionerna.

I takt med att vi närmar oss lanseringsdatumet i september växer spänningen. Miljontals timmars arbete kommer snart att destilleras till några minuters raketkraft. Om Roman presterar enligt förväntan kommer nästa decennium av astronomi inte bara att handla om att se djupare in i det förflutna – det kommer att handla om att se universum i en skala och hastighet som får Hubble att se ut som om det arbetade i slow motion. Vi är på väg att se mer av universum på ett år än vad våra förfäder såg under de senaste två tusen åren.