Med Pluto millioner av mil bak oss og bygging av James Webb Space Telescope beveger seg raskt sammen, astronomer er allerede tenker på Neste Store Oppgave. Øverst på deres ønskeliste? En førti fot bredt orbital teleskop som vil søke etter bevis for liv utenfor Jorden.
I American Astronomical Society møte denne uken, representanter fra Foreningen av Universiteter for Forskning innen Astronomi (AURA), delte sine håp og drømmer for neste flaggskip, space-basert observatoriet—etterfølgeren til JWST, som er planlagt å starte i 2018 og kjøre i opp til ti år.
Denne fremtidige oppdrag, som ikke vil starte før den 2030s, vil søke svar på to dype spørsmål. En: om vi er alene i universet. To: hvordan byggesteinene i universet har utviklet seg over kosmisk tid.
Det er en kort, søt og vanvittig ambisiøs dagsorden. For å oppnå det, trenger vi et romskip mer avansert enn noe mennesker har noensinne er bygget—et teleskop med ti ganger ser kraft av Hubble. Som en astronom sagt det, vi snakker om Hubble-HD.
“Veien til [å oppdage] levende verdener krever en åtte til 12 meter space-basert teleskop,” sa Natalie Batalha, en astronom som studerer eksoplaneter ved nasas Ames Research Center. “Dette er hva som kan konsekvent undersøkelsen Sol-lignende stjerner innen 30 parsecs.” Som Batalha forklart, 30 parsecs (nesten 100 lysår), er den radielle avstanden vi trenger for å dekke for å kartlegge flere dusin Jorden-størrelse planeter i den beboelige sonen av Sol-lignende stjerner.
Sponset
Hvis det finnes liv der ute, og hvis vi kan profilen en anstendig antall kandidat verdener, vil vi ha en rimelig sjanse til å finne det.
Å sette en åtte til 12 meter (26 40 fot) – teleskopet i rommet vil være en enorm oppgave. Til sammenligning, James Webb Space Telescope—en med 8,7 milliarder dollar, tennis-court størrelse enhet som vil tillate astronomer for å se det første lyset fra begynnelsen av universet—har en 6,5 meter (21 fot) primære speilet. JWST er scrawny i forhold til dyret av en stargazer astronomer ønsker å bygge i 2030s.
Skala modell av James Webb Space Telescope. Det er stort! Image Credit: Northrop Grumman
Men skalering opp er akkurat hva vi trenger å gjøre hvis vi kommer til å fange det svake lyset som avgis fra fjerne verdener. Vi har allerede registrert tusenvis av eksoplaneter ved hjelp av transitt photometry, men vi har bare direkte avbildes en håndfull. Og alle planetene vi har “sett” er kalde baller av gass, verdener større enn Jupiter som nesten helt sikkert ikke er beboelig.
“Med moderne teknologi, som vi ikke har evnen til bilde en solenergi systemet analog,” Batalha sa. “Det er der vi ønsker å gå.”
Til glimt små, steinete planeter i beboelig sone lyse, G-type stjerner (stjerner som vår Sol), og til å studere sine atmosfærer etter tegn på liv, vi trenger et teleskop med en stor blenderåpning. Et teleskop som kan undertrykke starlight med en faktor på ti milliarder kroner. Og det må være på plass, utover å skjule dis av vår atmosfære.
Men JWST etterfølger vil ikke bare være å søke etter liv. Det vil også hjelpe oss å lære hvordan å bygge blokker av saken utviklet seg over kosmisk tid—i en forstand, sondering en enda mer grunnleggende spørsmål om hvor livet kommer fra. “Hvis vi ønsker å gå fra Big Bang til bio-signaturer, du trenger for å forstå utviklingen av atomer i universet,” sa John O’Meara of Saint Michael ‘ s College.
Som en astrofysiker å studere dannelsen av galakser, O’Meara har en annen agenda for JWST ‘ s etterfølger. Han ønsker å forstå dannelsen og bevegelse av elementer på enorme vekter. “Hvordan og hvor kommer lifecycle av atomer utvikle seg?” O’Meara sa. “Hvordan får vi til oksygen du puster? For å svare på disse spørsmålene, må vi de siste ti milliarder år av interaksjoner mellom gass og galakser.”
Fullføring av disse to science mål—utviklingen av saken og utviklingen av livet—vil ta en rekke instrumenter, noe som gjør målinger over et spekter av bølgelengder, inkludert synlig, ultrafiolett, og nær-infrarød. Par de med høy presisjon instrumenter med en førti fot primære speilet, sekundær speil, kommunikasjon, en starshade og fremdrift, og vi snakker om en av de mest avanserte stykker av teknologi for mennesker noensinne ha forestilt seg.
Heldigvis, vil vi være i stand til å anvende all den kunnskapen vi har samlet planlegging og bygging av andre plass teleskoper i løpet av de siste femti år.
“Alle bør ha store drømmer,”sa Marc Postmannen av Space Telescope Science Institute. “Men drømmer også smart. Vi ønsker å utnytte det vi har lært fra Hubble, hva vi har lært fra å designe JWST, hva vi har lært av å studere andre oppdrag som ikke kommer til å realiseres.”
For eksempel, en stor utfordring i JWST ingeniører møtte, var hvordan du faktisk sende en 6,5 meter bred speil i verdensrommet. Løsningen? En haug av mindre speil som springer i bane som gull-belagt plass origami.
“James Webb lært oss mye om hvordan å bygge en stor, segmentert teleskop i verdensrommet,” Postmannen sa. “En åtte eller tolv meter teleskop er nødt til å bli segmentert også.”
Det er fortsatt mange tekniske utfordringer i å arbeide ut—men det er derfor vi starter å tenke på JWST er etterfølgeren nå. 2030 kan føles som en fjern fremtid, men astronomene, det er en kosmisk blink unna.
“En historie utfolder seg,” Batalha sa. “Det er en historie som tar lang tid—disse virkelig store bestrebelser menneskeheten forplikter seg til å ta mye tid til å planlegge og utføre.”
“Vi er på randen av å være i stand til å finne bevis på liv utenfor Jorden,” la han til. “Vi har muligheten til å gjøre det, og vi vet hvordan vi skal gjøre det. Men det er en flere tiår, generasjonsskifter innsats.”
Følg forfatteren @themadstone
Øverst: Artist ‘ s begrep av Kepler-186f, stein -, Jord-størrelse exoplanet muligens i beboelig sone sin stjerne. Image Credit: NASA/SETI/JPL