Was beinhaltet die Wunschliste der Astronomie für das nächste Jahrzehnt?

Es braucht teure Werkzeuge, um etwas über das Universum zu lernen, aber Projekte wie das Very Large Array für Radioastronomie in New Mexico und den Röntgenobservatorium Chandra, die die Erde umkreisen, haben die wissenschaftlichen Erkenntnisse auf eine Weise vorangebracht, die ohne diese Instrumente nicht möglich gewesen wäre.

Alle 10 Jahre skizzieren Astronomen und Astrophysiker in der zehnjährigen Umfrage zu Astronomie und Astrophysik Prioritäten für die von ihnen benötigte Hardware. Die neueste Version der Umfrage wurde Ende 2021 von den National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine veröffentlicht und diskutiertzur Finanzierung sind für das nächste Geschäftsjahr in vollem Gange.

Ich bin Astronomieprofessor, dessen Forschung hat sich auf Einrichtungen und Ausrüstungen verlassen, die nach einer Empfehlung in einer dieser zehnjährigen Umfragen gebaut wurden, und ich war beteiligt an die vorherige Umfrage, veröffentlicht 2010.

Dieneueste Wunschliste ist voller faszinierender Projekte, und es wird spannend sein zu sehen, welche finanziert werden und welche Forschung daraus hervorgehen wird.

Ein Treffen der Gedanken

Die dekadische Umfrage unter Astronomen ist einflussreich, weil sie alle dazu zwingt, auf der gleichen Seite zu stehen und schwierige Entscheidungen zu treffen. Sie muss Ehrgeiz mit Realismus temperieren, aber wenn Astronomen und Astrophysiker aus den vielen Teilgebieten zusammenarbeiten, kommen sie auf Ideen, die das gesamte Gebiet voranbringen. Alle 10 Jahre seit den 1960er Jahren haben sich US-Astronomen und Astrophysiker versammelt, um eine Prioritätenliste für neue Einrichtungen und Instrumente zu erstellen.

Am meistenaktueller Bericht trägt den Titel „Pathways to Discovery in Astronomy and Astrophysics for the 2020s“. Es richtet sich an den Kongress und die drei Bundesbehörden, die den größten Teil der astronomischen Forschung finanzieren: die NASA, die National Science Foundation und das Department of EnergyEinatz.

Die Erstellung der Berichte ist ein gewaltiges Unterfangen, an dem 20 Personen im Hauptausschuss beteiligt sind und über 1.000 zum Abschlussbericht beitragen. Der Ausschuss überprüft 573 Whitepaper alle argumentieren für bestimmte Projekte und astronomische Fähigkeiten. Der fertige Bericht umfasst 615 Seiten und ist keine leichte Lektüre.

Dieser Ansatz funktioniert. Einige der ehrgeizigsten und fruchtbarsten wissenschaftlichen Missionen der NASA – wie die Weltraumteleskope Hubble und James Webb – wurden durch zehnjährige Umfragen vorgeschlagen und finanziert.

Große Wissenschaft

Das Komitee identifizierte 24 wissenschaftliche Schlüsselfragen für die nächste Generation der Astronomie. Diese fallen in drei Hauptthemen, die Wissenschaft im größten Maßstab sind, und die Einrichtungen auf der Wunschliste sind darauf ausgelegt, diese Themen anzugehen.

Die erste ist das Studium erdähnlicher Welten. Dank des explosiven Wachstums der Entdeckung von Exoplaneten, die Zahl der bekannten Planeten außerhalb des Sonnensystems war Verdoppelung ungefähr alle zwei Jahre. Unter den mehr als 5.000bekannte Exoplaneten sind mehrere Hundert ähnlich wie die Erde und könnte möglicherweise Leben unterstützen. Ein Hauptziel für das nächste Jahrzehnt ist der Bau neuer großer Teleskope auf der Erde und im Weltraum mit Instrumenten, die „die Atmosphären schnüffeln“ von erdähnlichen Planeten, um zu versuchen, Gase wie Sauerstoff nachzuweisen, die von Mikroben erzeugt werden.

Der zweite ist vorzurückenMultimessenger-Astronomie – ein relativ neues Gebiet der Astrophysik, das Informationen über Gravitationswellen, Elementarteilchen, und elektromagnetische Strahlung und kombiniert alles, um tiefere Einblicke in die zugrunde liegende Astrophysik des Universums zu gewinnen. In diesem Fall besteht der Bedarf nicht so sehr an neuen wissenschaftlichen Werkzeugen, sondern an mehr Zuschüssen, um Forschern die Zusammenarbeit und den Datenaustausch zu ermöglichen. Das wissenschaftliche Ziel ist esErfahren Sie mehr über kosmische Explosionen und Verschmelzungen kompakter Objekte wie Neutronensterne und Schwarze Löcher.

Das letzte Thema ist das Studium von kosmische Ökosysteme, insbesondere den Ursprung und die Entwicklung von Galaxien und den massiven Schwarzen Löchern in ihren Zentren. Durch den Blick auf extrem entfernte Galaxien können Astronomen in die Vergangenheit blicken, da das Licht Zeit braucht, um die Erde zu erreichen. Um diese massiven, komplizierten Systeme zu verstehen,Wissenschaftler benötigen riesige optische Teleskope, um weit entfernte Galaxien im jungen Universum zu finden, sowie Radioteleskope, um in ihre staubigen Herzen zu blicken und die schwarzen Löcher zu enthüllen.

Wunschliste der Astronomie

Hier ein paar besonders spannende Highlights aus den Hunderten von Artikeln auf der Wunschliste.

Erstens empfiehlt der Bericht, 1 Milliarde US-Dollar für die Entwicklung von Technologien auszugeben, mit denen die nächste Generation von „große Observatorien“ im Weltraum. Das Flaggschiff dieser Missionen – das in den 2040er Jahren mit einem atemberaubenden Preisschild von 11 Milliarden US-Dollar gestartet werden soll – wäre ein optisches Teleskop mit einem massiven 6-Meter-Spiegel. Dieser Spiegel wäre achtmal größer als der von Hubble und dazu bestimmt, erdähnliche Planeten in anderen Sonnensystemen zu untersuchen – und möglicherweise Leben zu entdecken. Der Bericht empfiehlt auch den Bau von zwei kleinere Weltraumteleskope um bei Infrarot- und Röntgenwellenlängen zu arbeiten, die jeweils 3 bis 5 Milliarden US-Dollar kosten.

Aber orbitale Bemühungen sind nicht die einzigen Ziele des Berichts. Der Bericht bittet auch um Mittel für den Bau eines riesigen optischen Teleskops auf der Erde mit einem Durchmesser von 80 bis 100 Fuß 25 bis 30 Meter. Das ist fünf- bis siebenmal so groß wie das Licht-Sammelbereich des heute größten Teleskops. Zwei Vorschläge konkurrieren um den Bau dieses Teleskops, das fast 2 Milliarden Dollar kosten würde.

Der Bericht fordert auch die National Science Foundation auf, 3 Milliarden US-Dollar für eine neue Reihe von 263 Radioteleskope das die gesamten USA überspannen würde. Dieses Teleskop-Array könnte Radiobilder mit der 10-fachen Empfindlichkeit und 20-fachen Schärfe aller früheren Einrichtungen erzeugen, was es Wissenschaftlern ermöglicht, tiefer in das Universum zu blicken und zuvor nicht nachweisbare Objekte zu entdecken. Ein weiterer Punkt auf der Wunschlisteist ein 650-Millionen-Dollar-Paar Mikrowellenteleskope in Chile und Antarktis das würde das Nachleuchten des Urknalls abbilden.

Diese Art von Geld wird benötigt, um wissenschaftliche Ziele dieser Größenordnung zu erreichen.

Stand des Berufsstandes

Wissenschaft ist mehr als nur das Streben nach Wissen. Im Rahmen der jüngsten zehnjährigen Umfragen haben Astronomen und Astrophysiker die Gelegenheit genutzt, nach innen zu blicken und den Stand des Berufs zu beurteilen. Dazu gehört die Betrachtung von Vielfalt und Inklusion, Arbeitsklima undBeiträge von Astronomen zu Bildung und Öffentlichkeitsarbeit.

Diese Felder sind überwältigend weiß, mit Menschen aus Minderheitennur 4% der Lehrenden und Studierenden. In einem Anhang zum Bericht, Mannschaften empfahl eine Reihe von Abhilfemaßnahmen für den Mangel an Vielfalt und Gerechtigkeit. Diese enthaltene Ideen z. B. besseres Mentoring, um die hohe Fluktuationsrate für Studenten aus Minderheiten zu verringern, zusammen mit der Finanzierung von Brückenprogrammen, um Minderheiten dabei zu helfen, sich früh in ihrer Karriere zu etablieren und Belästigung und Diskriminierung als Formen von zu behandelnwissenschaftliches Fehlverhalten.

Wenn auch nur ein kleiner Teil der Wunschliste Wirklichkeit wird, wird dies nicht nur unser Verständnis des Universums erweitern, sondern – ebenso wichtig – zu einer vielfältigeren und mitfühlenderen Astronomie- und Astrophysik-Community führen.

Chris Impey, angesehener Universitätsprofessor für Astronomie, Universität von Arizona

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