10-letni nowy plan dla wszechświata

Amerykańscy astronomowie w czwartek wezwali naród do zainwestowania w nową generację „niezwykle masywnych” wielomiliardowych teleskopów, które byłyby większe niż jakiekolwiek teleskopy obecnie na Ziemi lub orbitujące w kosmosie.

Inwestycja obejmie ratowanie i konsolidację wysiłków dwóch konkurencyjnych projektów: Giant Magellan Telescope i Thirty Meter Telescope. Po ukończeniu, te teleskopy, wyposażone w 25- i 30-metrowe zwierciadła główne, będą około 100 razy czulsze niż jakikolwiek inny obecnie działający teleskop.

Pozwolą astronomom zajrzeć głęboko w jądra odległych galaktyk, gdzie wędrują supermasywne czarne dziury i rozpraszają się energia; Zbadaj tajemnice, takie jak ciemna materia i ciemna energia; Badanie planet wokół gwiazd innych niż Słońce. Co być może najważniejsze, mogą stawiać nowe pytania dotyczące natury wszechświata.

Ale astronomowie przez lata walczyli o zebranie wystarczającej ilości pieniędzy na realizację swoich marzeń. W nowej propozycji Narodowa Fundacja Nauki przeznaczy 1,6 miliarda dolarów na ukończenie obu projektów, a następnie pomoże w ich realizacji w ramach nowego programu zwanego Bardzo Dużym Teleskopem Stanów Zjednoczonych.

W czwartek astronomowie wezwali również NASA do rozpoczęcia nowej misji do Wielkich Obserwatorium i Programu Dojrzałości Technologii, która będzie rozwijać serię astrofizycznych statków kosmicznych w ciągu najbliższych 20-30 lat. Pierwszym byłby teleskop optyczny większy niż Kosmiczny Teleskop Hubble’a i zdolny do wykrywania i badania potencjalnie nadających się do zamieszkania planet podobnych do Ziemi w pobliskim wszechświecie. Tylko NASA może to zrobić, powiedzieli astronomowie, zauważając, że może być gotowa w 2040 roku i będzie kosztować 11 miliardów dolarów.

Były to dwie największe rekomendacje w długo oczekiwanym, 614-stronicowym raporcie Pathways to Discovery in Astronomy and Astrophysics for the Decade 2020, opublikowanym w czwartek przez National Academies of Sciences, Engineering and Medicine.

Co 10 lat przez ostatnie 70 lat Akademia sponsorowała ankietę społeczności astronomicznej w celu ustalenia priorytetów kosztownych elementów w ciągu następnej dekady. Jak wiadomo, badanie dekadowe jest przedmiotem zainteresowania Kongresu, NASA, Narodowej Fundacji Nauki i Departamentu Energii.

Tegoroczny wysiłek — kierowany przez Fionę A. Harrison z California Institute of Technology oraz Roberta C. Kennicotta, Jr. z University of Arizona i Texas A&M University — trwał trzy lata i obejmował dziesiątki spotkań i dyskusji w 13 podgrupach obejmujących każdą z nich. . Branża astronomii. W sumie do ankiety przesłano 860 białych ksiąg, opisujących, jakie teleskopy można zbudować, jakie misje kosmiczne należy uruchomić, jakie eksperymenty lub obserwacje należy przeprowadzić, a także takie kwestie, jak różnorodność, z którą społeczność astronomiczna musiała się zmierzyć.

W wywiadzie dr Harrison powiedział, że ich komisja starała się zrównoważyć ambicje z ilością czasu i pieniędzy, które zabierałyby te projekty. Na przykład pojawiło się wiele pomysłów na zbadanie planet przez statki kosmiczne. Niektóre były bardzo duże, inne bardzo małe; Wdrożenie niektórych może zająć całe stulecie. Zamiast wybrać jeden z nich, grupa poprosiła społeczność i NASA o powrót z pomysłami na kosmiczny teleskop o średnicy sześciu metrów. (Główne lustro Hubble’a ma średnicę 2,4 metra.)

„Wydaje się, że sześciometrowy teleskop jest osiągalną ambicją” – powiedział dr Harrison.

„To z natury ambitne przedsięwzięcie” – dodała. Tylko NASA, tylko Stany Zjednoczone mogą to zrobić. Uważamy, że możemy to zrobić”.

Matt Mountain, prezes Association of Universities for Research in Astronomy, czyli AURA, która prowadzi obserwatoria dla Narodowej Fundacji Nauki, nazwał dekadę raportu „bardzo pogrubionym” w e-mailu. „I nie stronili od tworzenia wizji przez kilka dziesięcioleci, a to jest naprawdę to, czego potrzeba i trzeba”.

Ankiety dekadowe cieszą się powodzeniem. Kosmiczny Teleskop Hubble’a, wystrzelony w 1990 roku i nadal działający, oraz Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba – zaprojektowany tak, aby zobaczyć początek czasu i zaplanowany na start w przyszłym miesiącu – skorzystały na wysokich pozycjach w poprzednich dziesięcioletnich przeglądach.

Wyniki każdego nowego przeglądu są zatem z niecierpliwością wyczekiwane przez społeczność astronomów i astrofizyków. „Panel był ściśle tajny” – powiedziała Natalie Batalha, profesor z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz, która odegrała wiodącą rolę w misji odkrycia planety Kepler przez NASA, w e-mailu w przeddzień publikacji raportu. „Szczerze nic nie słyszałem. Czekam na szpilki i igły.”

W swoim czwartkowym raporcie akademia wyznaczyła trzy nadrzędne cele naukowe na następną dekadę: poszukiwanie planet nadających się do zamieszkania i życia. badanie czarnych dziur i gwiazd neutronowych odpowiedzialnych za najbardziej gwałtowne zdarzenia w przyrodzie; Rozwój i ewolucja galaktyk.

„Nadchodzące dekady postawią ludzkość na drodze do ustalenia, czy jesteśmy sami” – czytamy w raporcie. „Życie na Ziemi może być wynikiem wspólnego procesu lub może wymagać niezwykłego zestawu okoliczności, które czynią nas jedynymi żywymi istotami w naszej własnej części galaktyki, a nawet we wszechświecie. Obie odpowiedzi są głębokie. „

Pomysł na program bardzo dużego teleskopu jest ambitny, ponieważ zakłada połączenie dwóch konkurencyjnych projektów teleskopów, Trzydziestometrowy teleskop planowany nad Mauna Kea na Hawajach lub Wyspy Kanaryjskie w Hiszpanii, oraz Gigantyczny Teleskop Magellana w Chile.

Oba teleskopy są efektem marzeń o rozwijaniu współpracy międzynarodowej oraz dwóch dekadach zbierania funduszy i rekrutacji partnerów. Każdy teleskop byłby trzykrotnie większy niż jakikolwiek inny na Ziemi i byłby w stanie sto razy rozróżnić słabe, odległe gwiazdy we wszechświecie; Dzięki pracy zespołowej mogą odpowiedzieć na głębokie pytania dotyczące wszechświata. Ale żaden projekt nie zebrał wystarczającej ilości pieniędzy – potrzeba ponad 2 miliardów dolarów – aby osiągnąć swoje cele.

Niepowodzenie w budowie tych teleskopów oddałoby wiodącą rolę w astronomii naziemnej Europie, która buduje 39-metrowy teleskop – Europejski Nadzwyczajny Wielki Teleskop na chilijskiej pustyni Atacama – który ma zacząć działać w 2027 roku. Niektórzy astronomowie porównali przypadek Anulowany w 1993 roku amerykański projekt superprzewodzący Super Collider, który przekazał przyszłość fizyki cząstek elementarnych CERN i Wielkiemu Zderzaczowi Hadronów w Genewie.

Jeśli Narodowa Fundacja Nauki Zainwestować w skompletowanie dwóch teleskopów, zyska na nim znaczny czas obserwacyjny, który zostanie rozdystrybuowany wśród amerykańskich astronomów.

„Dwa teleskopy, znajdujące się na przeciwległych półkulach io radykalnie odmiennych konstrukcjach, byłyby dobrze przystosowane do uzupełniających się badań wszechświata” – powiedział dr Harrison. „Wyobrażanie sobie, że Stany Zjednoczone nie będą w stanie się tam dostać, nie wchodzi w rachubę”.

Czekają wielkie wyzwania. Zespół Giant Magellan rozpoczął już działalność w Chile, ale postęp w budowie teleskopu Thirty Meter utrudnił mu pracę Protesty i oblężenia rdzennych Hawajczyków i innych grup. Alternatywne miejsce zostało zidentyfikowane na La Palma na Wyspach Kanaryjskich.

Astronomowie mają nadzieję, że gwiazdy dostosują się do ich śmiałej wizji, biorąc pod uwagę obecny nacisk na infrastrukturę i rosnące budżety naukowe. Prześladuje ich jednak historia przekraczania kosztów, w szczególności z Kosmicznym Teleskopem Jamesa Webba, który po latach opóźnień wystartuje w końcu w grudniu, a jego końcowa cena wyniesie 10 miliardów dolarów.

„Wiąże się z tym cały JWST — cały program będzie zależał od jego sukcesu” — powiedział Michael Turner, obecnie kosmolog z Fundacji Kavli w Los Angeles i ekspert od dekadowych badań. „Palce splecione”.