Observatoř téměř nad propastí: Nadějný i ohrožený dalekohled Nancy Romanové

Astronomický výzkum urazil v posledních desetiletích značný kus cesty, vědci každým rokem získávají odpovědi na celou řadu otázek a na Zemi i mimo ni fungují stále dokonalejší observatoře. Přesto zůstáváme pouze na počátku poznání nezměrného vesmíru. Už umíme poměrně dobře pozorovat viditelnou látku, ta však představuje odhadem pouhých 5 % známého kosmu. O zbylých 95 %, tedy o tajemné temné hmotě a temné energii, nevíme prakticky nic.

Podařilo se nám sice objevit již více než 4 300 exoplanet, ale jen velmi malá část z nich se svými rozměry a hmotností blíží Zemi. Je totiž snazší najít velká a hmotná tělesa. Zatím ani nedokážeme statisticky spolehlivě odhadnout, na kolika oběžnicích v Galaxii by se mohl vyskytovat život. Výzkum exoplanet a studium temné hmoty i temné energie představují dvě oblasti, jež současnou astronomii pohánějí nejvíc. A právě do zmíněných oborů má vnést nové světlo nový vesmírný dalekohled s celkovým názvem Nancy Grace Roman Space Telescope (zkráceně RST – Roman Space Telescope, dříve WFIRST).

Další Hubble?

Poprvé se veřejnost o dalekohledu Nancy Romanové mohla dozvědět v roce 2010, kdy jej americká Rada národního výzkumu (NRC) doporučila jako prioritu pro astronomii nadcházejícího desetiletí. Prvotní návrh jeho konstrukce vznikl o rok později a zahrnoval primární zrcadlo o průměru 1,3 metru a jediný vědecký přístroj – širokoúhlou kameru se spektrometrem, pracující ve viditelné a blízké infračervené oblasti spektra.

V roce 2012 se však objevila příležitost pro značné vylepšení: Národní průzkumný úřad (NRO) nabídl NASA dar v podobě dvou zrcadel o průměru 2,4 metru – jde tedy o stejný rozměr má i primární zrcadlo Hubbleova kosmického teleskopu (HST). Chystá se tedy další Hubble? Nikoliv. Navzdory totožnému průměru mají nově darovaná zrcadla kratší ohniskovou vzdálenost a s tím související širší zorné pole. Především ovšem Hubbleův dalekohled a dalekohled Nancy Romanové dělí tři dekády technologického vývoje. Zmíněné dva rozdíly způsobují, že při stejném rozlišení jako HST pokryje jeho budoucí kolega stonásobně větší část oblohy!

Úspora ano, ale… 

Darované zrcadlo sice představovalo finanční úsporu a určitý impulz pro realizaci projektu, stále se však jednalo o pouhý zlomek nákladů. K nim je třeba připočíst nesmírně drahé vědecké instrumenty a další hardware zajišťující funkčnost observatoře v kosmu, peníze na vývoj, testování a v neposlední řadě vynesení raketou a následný provoz. Náročnost prvotních plánů se odhadovala na 1,6 miliardy dolarů.

V následujících letech se návrh teleskopu zpřesňoval a zvažovala se různá provedení, včetně návratu k původním plánům s méně rozměrným primárním zrcadlem, či dokonce s ještě menším o průměru 1,1 metru. Navíc přibyl druhý vědecký přístroj – velice nadějný koronograf, který umožní přímé pozorování exoplanet ve značné blízkosti jejich hvězd. 

K zásadním dilematům patřila také volba operační orbity. Uvažovalo se o libračním centru L2 soustavy Slunce–Země nebo o geosynchronní oběžné dráze. Nevýhoda L2 tkví především ve vzdálenosti: Datový tok z observatoře by tak byl nižší, než kdyby kroužila u Země. Navíc by to znamenalo větší nároky na palivo, což se pojí s vyšší startovací hmotností, a tudíž i silnější a dražší raketou. Na druhou stranu L2 nabízí kvalitnější pozorovací podmínky a lepší tepelnou stabilitu okolního prostředí. A právě kvůli nerušenému a ničím neomezenému výhledu nakonec padla volba na zmíněné librační centrum, nacházející se 1,5 milionu kilometrů za Zemí směrem od Slunce.

Náraz na finanční strop

Po pěti letech konceptuálního vývoje a předběžných návrhů byl v únoru 2016 projekt dalekohledu Nancy Romanové v provedení s 2,4m zrcadlem oficiálně schválen, načež se přesunul do fáze vývoje a výroby hardwaru a finalizace projektové dokumentace (viz Fáze vědeckých misí NASA). 

Hned na začátku následujícího roku došlo k ustavení nezávislého hodnotícího panelu, který misi posuzoval z technologického, ekonomického a manažerského hlediska. Po několika měsících prezentoval zprávu odhadující, že stavba, testování, start a provoz observatoře budou stát 3,9 miliardy dolarů. Zmíněná cifra přesahovala nejen původní plány s menším zrcadlem, ale především rozpočet stanovený na 3,2 miliardy. Částka však nepočítala s novým koronografem a náklady na provoz v prvních pěti letech po startu. NASA proto stanovila vlastní komisi, jež výslednou cenu odhadla na 3,6 miliardy. Také uvedené číslo překračovalo únosnou mez a znamenalo by škrty v rozpočtech jiných astronomických projektů, což nepřicházelo v úvahu. 

Nežádoucí povýšení

Komise navíc odhalila, že by se dalekohled Nancy Romanové při tak vysoké ceně musel zařadit do kategorie vědeckých misí A, kam patří vlajkové lodě tvořící součást dlouhodobých strategických programů – například marsovský rover Perseverance. Uvedené mise však podléhají přísnějším nárokům a důkladnějšímu předstartovnímu testování. Náklady by proto rázem vzrostly o dalších 300 milionů, což by RST přidělilo cenovku 4,2 miliardy. Vedení NASA tedy vydalo jasný pokyn: nalézt řešení, jak se dostat pod 3,2 miliardy.

TIP: Kolik stojí velké mise? New Horizons stojí jako jeden den armády v Iráku

Při významném omezování nákladů kosmických projektů patří k nepříjemné praxi ořezání vědeckého vybavení nebo snížení jeho výkonu. Přístroje však v daném případě odebrat nešlo. RST má totiž jen dvě zařízení, přičemž bez kamery WFI neboli Wide Field Instrument by zůstal doslova slepý a bez nového koronografu by přišel o podstatnou část vědeckého potenciálu. Druhá možnost spočívala v použití méně výkonných senzorů nebo v redukci počtu barevných filtrů či kanálů v detektoru kamery. Ani k tomu však tým teleskopu nechtěl přistoupit. Jak tedy ušetřit stovky milionů, a přitom neslevit z kvality observatoře?

Dokončení: Observatoř téměř nad propastí (2): Nadějný i ohrožený dalekohled Nancy Romanové