Speglar tunnare än ett hårstrå kan göra det möjligt att fotografera jordlika planeter

En spegel som tänker

Föreställ dig ett glasskikt tunnare än ett hårstrå, understött av ett rutnät av 2 304 mikroskopiska kolvar. Varje kolv kan dras bakåt med upp till en halv mikrometer — ungefär en fjärdedel av storleken på en E. coli-bakterie — i steg om tio pikometer åt gången. Det är ungefär en tiondel av en enskild atomdiameter. Det är precisionsnivån på de formbara speglar som ingår i Romans koronagraf, och det är just den typen av detalj som avgör om vi lyckas se en planet liknande vår jord, eller inte.

Enligt MIT Technology Review är Roman uppkallat efter Nancy Grace Roman, NASAs första chefsastronom, och teleskopet rymmer en vidvinkelkamera på omkring 300 megapixlar. Det ger bilder hundra gånger större än Hubbles bredaste exponeringar vid jämförbar upplösning — ett ordentligt kliv framåt. Men det verkligt banbrytande är inte kameran i sig, utan koronografen.

Problemet med att stirra mot solen

Att fotografera en exoplanet — en planet kring en annan stjärna — är ungefär som att försöka se ett stearinljus som lyser tre meter ifrån en strålkastare, sett från flera mil bort. Stjärnljuset dränker helt enkelt planetens svaga reflexion. Koronografen är instrumentet som blockerar stjärnans sken, men i praktiken är det lättare sagt än gjort. Minsta optiska ofullkomlighet i teleskopets optik skapar ljusläckor som förstör bilden.

Tidigare koronografer — som de ombord på Hubble och James Webb-teleskopet — är i grunden passiva system. Roman tar ett helt annat grepp: koronografen mäter aktivt kvarvarande ljusstörningar inför varje enskild observation och kompenserar för dem i realtid med hjälp av de formbara speglarna. Det är skillnaden mellan att bära ett par fabrikstillverkade glasögon och att ha linser som ständigt anpassar sin brytning till just ditt öga, just den dagen, i just det ljuset.

Harvardforskaren Javier Viaña beskriver skiftet i skala med en träffsäker liknelse, rapporterar MIT Technology Review: det är som att gå från att intervjua en handfull personer till att genomföra en global folkräkning. Roman kan potentiellt identifiera upp till 100 000 nya exoplaneter — och med koronografen kan ett urval av dem studeras på ett sätt som aldrig varit möjligt förut.

Tekniken som system

Som systemutvecklare fastnar jag vid en aspekt som lätt glöms bort i den astronomiska hänförelsen: det här är ett slutet reglersystem i rymden, utan möjlighet till manuellt ingripande. Varje observation inleds med en kalibreringsfas där systemet mäter sin egen optiska situation och justerar speglarna därefter. Det kräver inte bara precisionsmekanism utan också tillförlitlig inbyggd mjukvara som kan fatta rätt beslut autonomt, gång efter gång, år efter år.

Det påminner om hur vi inom mjukvaruutveckling arbetar med självläkande system och adaptiv felhantering — men med en toleransmarginal som är astronomiskt (ordvalet är avsiktligt) mycket snävare än vad vi vanligtvis hanterar på marknivå.

Roman planeras att skjutas upp senare under 2020-talet och beräknas ha en livslängd på minst fem år. Det är ett snävt tidsfönster för en teknik som behöver leverera på löftet att för första gången ge oss skarpa, direkta bilder av planeter som verkligen liknar vår jord.