Das Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskop (ehemals Wide Field Infrared Survey Telescope, WFIRST) ist ein Infrarot-Weltraumteleskop der NASA, das am 30. August 2026 um 13:26 Uhr MESZ gestartet wurde. Das Teleskop wurde in den Jahren 2016 bis 2025 entwickelt und gebaut. 2020 benannte die NASA es zu Ehren ihrer Chefastronomin Nancy Grace Roman. Seit Ende August 2026 ist es auf dem Weg zu seinem Bestimmungsort; erste wissenschaftliche Ergebnisse werden für Anfang 2027 erwartet.
Wissenschaftliche Ziele Mit Stand 2015 sollte ein großer Teil der primären Mission darauf ausgerichtet sein, die Expansionsgeschichte des Universums und von kosmischen Strukturen mit mehreren Methoden in sich überschneidenden Rotverschiebungsbereichen zu untersuchen – mit dem Ziel, die Auswirkungen der Dunklen Energie, die Verteilung und Wirkung der Dunklen Materie, die Konsistenz der allgemeinen Relativitätstheorie und die Krümmung der Raumzeit genau zu messen.
mini|Eine Präsentation des Roman-Teleskops von Jason Rhodes auf der Konferenz der American Astronomical Society 2020 Die wissenschaftlichen Ziele der Roman-Mission sind darauf ausgerichtet, aktuelle Fragen in der Kosmologie und Exoplanetenforschung anzugehen, darunter:
Beantwortung grundlegender Fragen zur Dunklen Energie, ergänzend zur EUCLID-Mission der ESA, u. a.: Wird die kosmische Beschleunigung durch eine neue Energiekomponente oder durch das Versagen der Allgemeinen Relativitätstheorie auf kosmologischen Skalen verursacht? Wenn die Ursache eine neue Energiekomponente ist, ist ihre Energiedichte in Raum und Zeit konstant oder hat sie sich im Laufe der Geschichte des Universums entwickelt? Das Roman-Teleskop wird drei unabhängige Techniken verwenden, um Messwerte zur Weiterentwicklung der Theorien zur Dunklen Energie zu liefern: Beobachtung baryonischer akustischer Oszillationen, entfernter Supernovae und schwacher Gravitationslinsenereignisse. Vervollständigung einer Durchmusterung von Exoplaneten, um neue Fragen über das Potenzial für Leben im Universum zu beantworten: Wie häufig sind Sonnensysteme wie unser eigenes? Welche Arten von Planeten existieren in den kalten, äußeren Regionen von Planetensystemen? Was bestimmt die Bewohnbarkeit von erdähnlichen Welten? Diese Zählung nutzt eine Technik, mit der Exoplaneten bis hinunter zu einigen Mondmassen gefunden werden können: das gravitative Mikrolensing. Der Zensus würde auch eine Stichprobe von Einzelgängerplaneten mit Massen wahrscheinlich bis hinunter zur Masse des Mars umfassen. Bereitstellung eines Koronographen für die direkte Abbildung von Exoplaneten, der die ersten direkten Bilder und Spektren von Planeten um unsere Nachbarsterne liefern soll, die unseren eigenen Riesenplaneten ähneln. Entwicklung eines besseren Verständnisses der Verteilung Dunkler Materie im Universum durch Untersuchung von Gravitationslinsen. Es sollen Fragen über die Bildung von Galaxien und Galaxienhaufen und über den Einfluss von dunkler Materie auf diese Prozesse untersucht und besser verstanden werden.
Geschichte
Empfehlung des Decadal Surveys Alle zehn Jahre gibt das Decadal-Survey-Komitee der National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine die obersten Prioritäten in Forschung und Wissenschaft für das nächste Jahrzehnt heraus. Im Jahr 2010 wurde darin ein solches Teleskop als oberste Priorität in der astronomischen Forschung für das nächste Jahrzehnt empfohlen. Daraufhin wurden verschiedene Konzepte für das Teleskop entworfen.
Anfängliche Designs Zwei Entwürfe waren Design Reference Mission 1 mit einem 1,3-m-Teleskop, und Design Reference Mission 2 mit einem 1,1-m-Teleskop. Das ursprüngliche Design des Teleskops, genannt WFIRST Design Reference Mission 1, wurde in den Jahren 2011–2012 entworfen und verfügte über ein unverbautes anastigmatisches Drei-Spiegel-Teleskop mit einem Durchmesser von 1,3 Metern. Es enthielt ein einziges Instrument, einen Imager/Spektrometer für den sichtbaren bis nahinfraroten Bereich mit einem spaltlosen Prisma.
Es wurden mehrere Ausführungen des Teleskops untersucht. Eines war Joint Dark Energy Mission-Omega-Konfiguration, eine Interim Design Reference Mission mit einem 1,3-m-Teleskop. Ein Design des Teleskops fügt dem ursprünglichen JDEM-Vorschlag einige zusätzliche Fähigkeiten hinzu, darunter die Suche nach extrasolaren Planeten mittels Mikrolinseneffekt.
Endgültiges Design Während der Konzeptionsphase ergab sich im Jahr 2012 eine unvorhergesehene Möglichkeit: Die NASA könnte ein nicht weiter benötigtes Teleskop des National Reconnaissance Office (NRO) der Harris Corporation für die Mission verwenden. Das NRO überließ dem Projekt zwei Teleskope, die ursprünglich für Aufklärungssatelliten vorgesehen waren, aber nicht mehr benötigt wurden. Die Teleskope waren zwischen den späten 1990er und frühen 2000er Jahren gebaut worden, angeblich für das erfolglose Future Imagery Architecture-Programm des NRO. Die Hauptspiegel haben einen Durchmesser von 2,4 Metern und damit die gleiche Größe wie der Hauptspiegel des Hubble-Weltraumteleskops, weisen aber trotz gleichen Materials, Ultra low expansion glass, mit 186 kg nur ein Viertel der Masse auf und besitzen eine kürzere Brennweite und damit ein größeres Sichtfeld. Sie sind damit etwa doppelt so groß wie das ursprünglich für Roman geplante Teleskop und sammeln die dreifache Lichtmenge.
Infolgedessen wurde die Mission in WFIRST-AFTA umbenannt, wobei AFTA für Astrophysics Focused Telescope Assets steht. Die Überlassung der NRO-Teleskope gab dem Projekt einen wichtigen Impuls, obwohl der Teleskopspiegel nur einen Bruchteil der Kosten der Mission ausmacht und das erforderliche Neudesign neue Kosten verursachte. Diese Mission ist nun der einzige aktuelle NASA-Plan für die Nutzung der NRO-Teleskopspiegel. Das Basisdesign des Roman-Teleskops beinhaltet einen Koronographen, um die direkte Abbildung von Exoplaneten zu ermöglichen.
Umsetzung mini|Shawn Domagal-Goldman hält einen Vortrag über das WFIRST-Teleskop (2016) Im Februar 2016 wurde das Teleskop zu einem offiziellen NASA-Projekt und die Entwicklung begann.
Im Mai 2018 vergab die NASA einen Auftrag über mehrere Jahre an Ball Aerospace zur Lieferung von Schlüsselkomponenten für das Wide Field Instrument. Im Juni 2018 vergab die NASA einen Auftrag an Teledyne Scientific and Imaging zur Lieferung der Sensoren für das Wide Field Instrument. Der Auftrag für die Montage des Teleskops ging 2018 an die Harris Corporation aus Rochester.
Im März 2020 wurde der Bau des WFIRST-Teleskops freigegeben. Die Komponenten konnten nun gebaut und getestet werden.
Der Hauptspiegel war eine der ersten fertiggestellten Hauptkomponenten. Der Spiegel wurde an der Oberfläche überarbeitet und neu mit Silber beschichtet. Die Tests bei verschiedenen Temperaturen wurden erfolgreich bis zum September 2020 abgeschlossen.
NASA gab im Juli 2022 bekannt, dass für den Start eine Falcon Heavy gewählt wurde und der Start für den Oktober 2026 vereinbart ist. Die Startkosten sollen ungefähr 255 Millionen US-Dollar betragen.
Der Satellitenbus, der das Teleskop aufnimmt, war im September 2024 zum größten Teil fertig.
Im Oktober 2024 bestand das Teleskop einen ‘spin test’. Im Dezember folgte dann die Integration der Spiegel und der Instrumente. Ende 2025 teilte die NASA mit, dass das Teleskop fertiggestellt sei. Nach weiteren Tests wurde es im Sommer 2026 für den Start zum Kennedy Space Center in Florida verfrachtet. Der Zeitplan erlaubte einen Start bereits am 30. August 2026
Am 30. August 2026 startete das Weltraumteleskop mithilfe einer Falcon-Heavy-Rakete vom Launch Complex 39 des Kennedy Space Center. Am 15. September teilte die NASA mit, dass das Hauptinstrument, das 300 Megapixel Wide-View Instrument erfolgreich in Betrieb genommen werden konnte. Ebenso konnten Tests des Coronograph Instrument erfolgreich durchgeführt und eine Kommunikation mit allen Systemen aufgebaut werden. Erste wissenschaftlich verwertbare Bilder werden für Anfang 2027 erwartet.
Einsatzort Im Untersuchungsbericht von 2015 wurden für das Teleskop sowohl geosynchrone Umlaufbahnen als auch L2-Umlaufbahnen betrachtet. Anhang C des Berichts dokumentiert den Nachteil von L2 gegenüber der geosynchronen Umlaufbahn in Bezug auf die Datenrate und den Treibstoff. Dieser Orbit hat aber bessere Beobachtungsbedingungen, eine bessere thermische Stabilität und eine günstigere Strahlungsumgebung. Einige wissenschaftliche Anwendungen (wie z. B. Parallaxe von Exoplaneten-Microlensing-Ereignissen) lassen sich dafür am Lagrange-Punkt L2 besser durchführen. Als Einsatzort wurde am Ende L2 gewählt und einige Veränderungen am Design, u. a. die Verwendung des Ka-Bands, erlauben auch von dort eine hohe Datenrate.
Finanzierung Im Fiskaljahr 2014 beschloss der Kongress 56 Millionen US-Dollar und 2015 weitere 50 Millionen US-Dollar für das WFIRST-Teleskop. Das Haushaltsgesetz für das Fiskaljahr 2016 enthielt 90 Millionen US-Dollar, weit mehr als die von der NASA beantragten 14 Millionen US-Dollar, mit dem Auftrag, die Mission im Februar 2016 in die erste Projektphase zu bringen.
Am 18. Februar 2016 gab die NASA bekannt, dass WFIRST formell von einer Studie zu einem Projekt geworden ist. Dies bedeutet, dass die Agentur beabsichtigte, die Mission durchzuführen. Die Gesamtkosten für WFIRST-Teleskop wurden zu diesem Zeitpunkt mit mehr als 2 Milliarden US-Dollar veranschlagt; die Budgetschätzung der NASA für 2015 lag bei etwa 2,0 Milliarden US-Dollar in Dollar von 2010, was inflationsbereinigt 2,7 Milliarden US-Dollar entspricht.
Im April 2017 gab die NASA eine unabhängige Überprüfung des Projekts in Auftrag, um sicherzustellen, dass die Kosten und die Missionsziele verstanden sind, in angemessenem Verhältnis stehen und die Mission machbar ist. Der Bericht mit dem Namen WFIRST Independant External Technical/Management/Cost review (WIETR) wurde am 19. Oktober 2017 veröffentlicht. WIETR fand, dass der zusätzliche Koronograph ein Kostentreiber gegenüber dem ursprünglichen Design ist und weitere Kostenrisiken mit sich bringt, und dass an einigen Stellen im Design Entscheidungen getroffen wurden, die die Komplexität erhöhen und damit den ursprünglichen Kostenrahmen überschreiten. Der Bericht fand weiter, dass die Empfehlungen für das Projekt weitere Ziele und Erfordernisse hinzufügten und stellenweise nicht mit den Kostenprofilen und den Risikoeinschätzungen übereinstimmten. Insgesamt wurde ein Gesamtkostenrahmen von 3,6 Milliarden US-Dollar anstelle der projektierten 3,2 Milliarden US-Dollar gefunden. Der Bericht schlug einige Reduktionen am Wide-Field-Instrument vor und empfahl, den Koronographen als Technologiedemonstrator laufen zu lassen und auch an diesem Instrument verschiedene Funktionen und Erfordernisse zu streichen. An einigen Stellen sollten bereits im Handel erhältliche Komponenten eingebaut werden anstelle von Eigenentwicklungen.
Die NASA gab im Februar 2018 die Kürzungen bekannt, und dass das WFIRST-Projekt mit der Überprüfung des Missionsdesigns fortfahren und Phase B im April 2018 beginnen würde. Die NASA bestätigte, dass die am Projekt vorgenommenen Änderungen die geschätzten Kosten über den gesamten Projektlauf auf 3,2 Mrd. US-Dollar reduziert haben.