O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA está tendo um desempenho ainda melhor do que os cientistas esperavam depois que os engenheiros completaram uma extensa série de testes e ajustes precisos. Este trabalho colocou os poderosos instrumentos do observatório numa focagem excecionalmente nítida, com o seu sistema de câmara principal a fornecer agora uma qualidade de imagem cerca de 30% melhor do que o previsto.
Esta conquista é um passo importante na ambiciosa missão do telescópio de investigar a matéria escura, a energia escura e outros mistérios do universo. Mesmo as menores melhorias na precisão óptica poderiam ajudar Roman a capturar imagens mais nítidas durante sua ampla pesquisa do universo.
“Todas as pesquisas mais abrangentes de Roman dependerão do Wide Field Instrument”, disse Dave Hickey, engenheiro de sistema de instrumentos de campo amplo do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. “Muitos dos objetivos principais da missão, como o estudo da matéria escura e da energia escura, não seriam possíveis sem ela, por isso é emocionante e um enorme alívio ver que está a funcionar bem!”
NASA testa o poderoso sistema de câmeras de Roman
Depois que o instrumento de campo amplo foi ativado em setembro, os engenheiros iniciaram uma extensa campanha de testes para confirmar se cada componente funcionava corretamente por si só e como parte do sistema geral.
Sua primeira prioridade era verificar os 18 detectores do dispositivo, cada um do tamanho de um post-it, bem como os componentes eletrônicos que os operam. A equipe avaliou então o Element Wheel, um mecanismo rotativo equipado com filtros e outros componentes ópticos. Eles permitem que comprimentos de onda de luz selecionados cheguem aos detectores e podem separar a luz que entra em suas diferentes cores.
Em seguida veio o sistema de calibração interna do instrumento. Os engenheiros ativaram seus diodos emissores de luz, ou LEDs, que atuam como fontes de luz ajustáveis que podem produzir diferentes cores e níveis de brilho sob comandos da Terra. Ao medir como os detectores respondem a estes sinais controlados, os cientistas podem identificar diferenças na sensibilidade e fazer as correções necessárias para observações precisas.
Os engenheiros também testaram o mecanismo de alinhamento do instrumento e o moveram da posição intencionalmente desfocada usada durante o lançamento para a posição que fornecia as imagens mais nítidas. Ele concluiu o trabalho examinando o sistema de controle térmico, que mantém as temperaturas necessárias para o bom funcionamento dos diversos componentes do equipamento.
“Calibrar um instrumento é como afinar um piano ou guitarra antes de um concerto”, disse Maxim Rizzo, engenheiro do Wide Field Instrument System da NASA Goddard. “Você ajusta tudo até ficar exatamente como deseja e depois deixa as configurações como estão para que funcione de forma consistente quando você o usa.”
Um telescópio espacial já está próximo do alinhamento perfeito
Enquanto um grupo se concentrou no projeto do instrumento de campo amplo, o outro trabalhou para refinar o alinhamento óptico geral do telescópio.
Os resultados foram encorajadores desde o início. Os espelhos romanos e outros componentes ópticos já estavam localizados com notável precisão, o que significava que os engenheiros precisavam fazer apenas pequenas melhorias.
“O desempenho do telescópio foi excelente, mesmo antes de ajustar o alinhamento de todos os espelhos e outras ópticas, graças ao extraordinário trabalho de preparação realizado no solo antes do lançamento”, disse Matthew Bolker, chefe dos sistemas ópticos de Roman na NASA Goddard. “Todo o trabalho de teste e modelagem realizado em Goddard e pelos empreiteiros L3Harris e BAE Space and Mission Systems deixaram apenas pequenas melhorias para que pudéssemos colocar tudo em um alinhamento quase perfeito.”
Alcançar esse nível de precisão é especialmente desafiador para uma espaçonave. As forças experimentadas durante o lançamento podem causar pequenas variações em instrumentos sensíveis, e as condições em órbita diferem significativamente das condições na Terra. O Roman foi lançado no dia 30 de agosto com o sistema óptico, que foi cuidadosamente testado antes de ser lançado ao solo.
“Nosso teste terrestre não conseguiu reproduzir com precisão o ambiente que os romanos experimentariam no espaço, como a ausência de gravidade”, disse Bolker. “E também existem pequenas diferenças nas variações de temperatura e no teor de umidade. Apesar desses desafios, avaliações recentes mostraram que nossos testes de solo foram excelentes, com ambos os instrumentos correspondendo ou excedendo o desempenho que previmos.”
Ajuste de espelho menor que um fio de cabelo humano
Roman depende de um arranjo complexo de espelhos e componentes ópticos para coletar luz de objetos cósmicos distantes e direcioná-la para seus dois instrumentos científicos. Para manter as imagens resultantes nítidas, a luz deve seguir um caminho extremamente preciso.
Mesmo um alinhamento sutil pode afetar a precisão com que o telescópio focaliza a luz.
Felizmente, o sistema óptico do Roman já estava tão bem alinhado que apenas movimentos incrivelmente pequenos eram necessários para melhorar o seu desempenho.
“Giramos o espelho secundário para cerca de um décimo sexto do diâmetro de um fio de cabelo humano”, disse Alden Gerling, engenheiro óptico sênior que trabalhou em Roman no Goddard da NASA. “Esse ajuste elevou a altura do espelho secundário acima do primário. Se escalássemos essa altura até a altura do Empire State Building, a mudança na altura seria um pouco menor do que a que você obteria colocando uma moeda americana no topo da ponta da torre.”
Embora seja quase impossível apreciar a nível humano, um ajuste tão pequeno pode fazer uma diferença significativa quando um telescópio é concebido para estudar objetos a vastas distâncias cósmicas.
A equipe inicialmente se concentrou no instrumento coronógrafo de Roman, que produzia imagens ligeiramente fora de foco. O problema era menos sério do que os engenheiros previram, por isso foi relativamente fácil de resolver.
O coronógrafo agora atende às exigentes expectativas de desempenho da equipe. Os engenheiros continuarão a refinar as configurações da câmera e a determinar a configuração ideal para seus espelhos deformáveis, que podem mudar de forma para produzir correções extremamente precisas na luz que entra.
Nas próximas semanas, a equipa planeia testar a capacidade do coronógrafo de bloquear luz indesejada, uma capacidade essencial para ver objetos mais ténues perto de objetos mais brilhantes.
Depois que o foco do coronógrafo foi otimizado, os engenheiros retornaram ao instrumento de campo amplo para uma segunda rodada de ajustes.
A qualidade da imagem de Roman supera as expectativas em aproximadamente 30%
A medição final revelou um resultado particularmente impressionante. O instrumento de campo amplo de Roman alcançou desempenho óptico cerca de 30% melhor do que a equipe previu.
Antes do lançamento, os engenheiros estabeleceram um requisito de qualidade de imagem de aproximadamente 90 nanômetros RMS (Root Mean Square). Esta medição descreve a quantidade de erro óptico no sistema, ou até que ponto a luz que entra se desvia de uma frente de onda ideal e perfeitamente focada.
Para colocar essa escala em perspectiva, 90 nanômetros são cerca de 1.000 vezes mais finos que um fio de cabelo humano. Nessas pequenas dimensões, mesmo imperfeições aparentemente insignificantes podem afetar a nitidez das imagens astronômicas.
No entanto, após as últimas melhorias, os engenheiros mediram um erro óptico de apenas 63 nanômetros RMS, o que é muito melhor do que o requisito original.
Essa melhoria significa que Roman deverá ser capaz de produzir imagens ainda mais nítidas do que os seus designers inicialmente esperavam, fortalecendo a sua capacidade de fazer observações detalhadas em vastas áreas do céu.
“Todas as imagens das pesquisas cósmicas de Roman serão ainda mais brilhantes do que esperávamos”, disse Juerling. “É um resultado espetacular de anos de modelagem cuidadosa, metrologia e testes precisos.”
Com ambos os instrumentos científicos a atingir ou a exceder o desempenho esperado, o ROMAN ultrapassou outro marco importante na sua preparação para observações de rotina. Os resultados destacam a extraordinária precisão do design do telescópio e oferecem uma abordagem promissora para as suas futuras investigações sobre a estrutura oculta e a evolução do universo.
