In den letzten Jahrzehnten haben wir enorm viel über das Universum und seine Geschichte gelernt. Die sich schnell entwickelnde Technologie der Teleskope – sowohl auf der Erde als auch im Weltraum – war ein wichtiger Teil dieses Prozesses, und diejenigen, die in den nächsten zwei Jahrzehnten ihren Betrieb aufnehmen sollen, dürften die Grenzen unseres Verständnisses verschieben Kosmologie viel weiter.
Alle Observatorien verfügen über eine Liste mit wissenschaftlichen Zielen, bevor sie ihre Arbeit aufnehmen, aber es sind ihre unerwarteten Entdeckungen, die den größten Einfluss haben können. Viele überraschende Fortschritte in der Kosmologie wurden durch neue Technologien vorangetrieben, und die nächsten Teleskope verfügen über leistungsstarke Fähigkeiten.
Dennoch gibt es Lücken, beispielsweise einen Mangel an kommenden Weltraumteleskopen für die Astronomie im ultravioletten und sichtbaren Licht. Politik und nationale Interessen haben den wissenschaftlichen Fortschritt gebremst. Selbst bei den berühmtesten Observatorien wird der Finanzgürtel immer enger.
Die größten neuen Teleskope werden derzeit gebaut Berge Chiles. Der Extrem großes Teleskop (ELT) wird unter einer riesigen Kuppel in der Atacama-Wüste einen Spiegel von der Größe von vier Tennisplätzen beherbergen.
Spiegelteleskope wie ELT nutzen einen Primärspiegel, um Licht vom Nachthimmel zu sammeln und es dann von anderen Spiegeln zu einer Kamera zu reflektieren. Größere Spiegel sammeln mehr Licht und sehen schwächere Objekte.
Ein weiteres bodengestütztes Teleskop, das in Chile im Bau ist, ist das Vera C. Rubin-Teleskop. Rubins Kamera ist die Größte, die jemals gebaut wurde: Die Größe eines Kleinwagens und wiegt etwa drei Tonnen. Seine 3.200 Megapixel werden alle drei Tage den gesamten Himmel fotografieren, um sich bewegende Objekte zu erkennen. Im Laufe von 10 Jahren werden diese Fotos zu einem riesigen Zeitraffervideo des Universums kombiniert.
Früher war Astronomie ein körperlich anstrengender Job, der Reisen zu entfernten Teleskopen an dunklen Orten erforderte – aber viele Astronomen begannen schon lange vor COVID, von zu Hause aus zu arbeiten. Im späten 20. Jahrhundert begannen große Bodenobservatorien mit der Einführung von Technologien, die dies ermöglichten Astronomen steuern Teleskope für Beobachtungen in der Nacht, auch wenn sie nicht persönlich vor Ort waren. Fernbeobachtungen sind mittlerweile an der Tagesordnung und werden über das Internet durchgeführt.
Erwarten Sie das Unerwartete
Allerdings ist die Sicht jedes Teleskops am Boden eingeschränkt, selbst wenn es sich auf einem Berggipfel befindet. Durch den Start von Teleskopen in den Weltraum können diese Einschränkungen umgangen werden.
Der Hubble-Weltraumteleskop Die Betriebsgeschichte begann, als das Space Shuttle es am 25. April 1990 über die Atmosphäre hob. Hubble bekam alles Science-Fiction-Behandlung der 1960er Jahre: eine Rakete, um es zu starten, Gyroskope, um es auszurichten, und elektronische Kameras anstelle von Fotofilmen. Doch ein Plan scheiterte: Hubble sollte einen pendelnden Astronauten-Astronomen aufnehmen, der entschieden außerhalb seines Zuhauses arbeiten sollte.
Hubble wurde entworfen eine Zählung der Milchstraße und ihrer Nachbargalaxien durchzuführen. Sein Nachfolger, der James Webb-Weltraumteleskopwürde noch weiter entfernte Galaxien untersuchen.
Beide Teleskope haben unser Verständnis des Universums revolutioniert, aber auf eine Weise, die niemand vorhergesehen hat. In den ursprünglichen Plänen von Hubble wird keine der Entdeckungen erwähnt, die jetzt als seine angesehen werden größten Hits: Wasserwolken brechen aus vom Jupitermond Europa, dem Wirbel um Schwarze Löcherunsichtbar dunkle Materie Das hält das Universum zusammenund die dunkle Energie das zerreißt es.
Webb, gestartet am 25. Dezember 2021, verbringt jetzt a Drittel seiner Zeit Untersuchung von Planeten um andere Sterne, von denen man zum Zeitpunkt der Entwicklung noch nicht einmal wusste.
Das erklärte Ziel eines teuren Teleskops ist normalerweise nur ein Verkaufsargument für Raumfahrtbehörden, Regierungen und (shhh…) Steuerzahler. Das Webb-Teleskop sollte es schaffen ursprüngliche wissenschaftliche Zieleaber Astronomen wussten schon immer, dass man viel mehr erreichen kann, wenn man weiter, feiner oder in mehr Farben sieht. Die unerwarteten Entdeckungen von Teleskopen sind oft bedeutsamer als die eingangs genannten wissenschaftlichen Ziele.
Langfristig denken
Für Wissenschaftler ist es eine Erleichterung, dass Teleskope über ihren Auftrag hinausgehen, denn Hubble und Webb brauchten beide mehr als 25 Jahre von der Serviette bis zum Start. In dieser Zeit tauchen neue wissenschaftliche Fragen auf.
Der Bau eines großen Weltraumteleskops dauert normalerweise etwa zwei Jahrzehnte. Der Chandra Und XMM-Newton Weltraumteleskope nahmen 23 Jahre Und 15 Jahre zu bauen bzw. Sie wurden entwickelt, um Röntgenstrahlen zu beobachten, die von heißem Gas um Schwarze Löcher und Galaxienhaufen stammen, und wurden 1999 sehr nahe beieinander gestartet.
Ihnen folgten die Japaner Hitomi-Röntgensatellitwas dauerte 18 Jahre zu bauen, und das Deutsche eRosita-Instrument auf Russland Spektr-RG Weltraumobservatorium, das dauerte 20 Jahre.
Ähnliche Zeitpläne gelten für die Europäische Weltraumorganisation Hipparcos Und Gaia Weltraumteleskope, die haben kartierte alle Sterne in der Milchstraße. Der Cobe Und Planck Missionen zur Untersuchung des Mikrowellenlicht-Nachleuchtens des Urknalls dauerten ebenfalls zwei Jahrzehnte. Die genauen Daten hängen davon ab, wie Sie zählen, und es gibt einige Ausnahmen „schneller, besser, günstiger“ Allerdings sind nationale Raumfahrtagenturen bei der Entwicklung dieser Projekte im Allgemeinen risikoscheu und langsam.
Die neuesten Weltraumteleskope sind daher Millennials. Sie wurden zu einer Zeit entworfen, als Astronomen die Dimensionen des Universums vermessen hatten Neugeborenenexpansion nach dem Urknall, und auch seine Alter, beschleunigte Expansion. Ihr Hauptziel besteht nun darin, die Lücke zu schließen – denn überraschenderweise treffen Interpolationen von frühen Zeiten zu späten Zeiten nicht in der Mitte aufeinander.
Die gemessenen Tarife für die Ausdehnung des Universums sind inkonsistent, ebenso wie die Ergebnisse für die Klumpigkeit der Materie im Kosmos. Beide Messungen stellen unsere Theorien zur Entstehung des Universums vor Herausforderungen.
Um das Mittelalter des Universums zu beobachten, sind Teleskope erforderlich, die bei langen Wellenlängen arbeiten Licht von entfernten Galaxien wird gestreckt bis es uns erreicht. So verfügt Webb über Infrarot-Zoomkameras, während die Europäische Weltraumorganisation über solche verfügt Euklid-Weltraumteleskopgestartet im Jahr 2023, und die der NASA Römisches Teleskop von Nancy Gracedas 2026 auf den Markt kommen soll, verfügen beide über Infrarot-Weitwinkelansichten.
Drei Busse kommen gleichzeitig vorbei
Die meisten Sterne leuchten in ultravioletten und infraroten Farben, die von der Erdatmosphäre blockiert werden, sowie in den Farben, die unsere Augen ursprünglich gesehen haben.
Zusätzliche Farben sind nützlich. Wir können zum Beispiel Sterne auf der anderen Seite unserer Galaxie wiegen, weil Massereiche Sterne sind im Infrarotbereich hellwährend kleinere Exemplare schwach sind – und das bleibt ihr ganzes Leben lang so. Allerdings wissen wir nur, wo Sterne geboren werden Junge Sterne strahlen ultraviolettes Licht aus.
Darüber hinaus sind unabhängige Messungen derselben Sache für eine gründliche Wissenschaft von entscheidender Bedeutung. Infrarot-Teleskope können das zum Beispiel zusammenarbeiten und schon gemacht überraschende Entdeckungen. Aber es ist nicht gut für die Vielfalt, dass die Weltraumteleskope Webb, Euclid und Roman alle Infrarotfarben sehen.
Hubbles Kamera für sichtbares Licht wurde gerade entdeckt ausgeschaltet aufgrund von Budgetkürzungen. Die NASA wird erst in den 2030er Jahren wieder auf ultraviolette Wellenlängen umsteigen Ultraviolett-Explorer Und Observatorium für bewohnbare Welten.
Auch die irdische Politik steht im Weg. Daten des chinesischen Weltraumteleskops der Hubble-Klasse, XuntianEs ist unwahrscheinlich, dass es international geteilt wird. Und aus Protest gegen Russlands Invasion in der Ukraine im Februar 2022 Deutschland ausgeschaltet sein Röntgeninstrument eRosita, das in Zusammenarbeit mit Russland eine Million Meilen von der Erde entfernt perfekt funktionierte.
Günstige kommerzielle Markteinführungen könnten die Situation retten. Euklid hätte mit einer russischen Sojus-Rakete von einem starten sollen Weltraumbahnhof der Europäischen Weltraumorganisation in Französisch-Guayana. Wenn Russland den Betrieb beendet dort in Repressalien Euklids Stapellauf wurde erfolgreich umgeschaltet in letzter Minute zu einer SpaceX Falcon 9-Rakete.
Wenn große Teleskope auch möglich sind gefaltet innen schuhkartongroß „cubesat“ Bei Satelliten wäre es aufgrund der geringeren Kosten durchaus möglich, dass sie ausfallen. Durch die Risikotoleranz entsteht ein positiver Kreislauf, der Missionen noch billiger macht.
Teleskope werden auch an innovativen Standorten wie riesigen Heliumballons usw. ausprobiert Flugzeuge. Eines Tages könnten sie es auch sein auf dem Mond eingesetztwo die Umgebung für bestimmte Arten der Astronomie vorteilhaft ist.
Aber die vielleicht ungewöhnlichste Teleskoptechnologie, die die unerwartetsten Entdeckungen bringen kann, sind Gravitationswellendetektoren. Gravitationswellen sind nicht Teil des elektromagnetischen Spektrums, daher können wir sie nicht sehen. Es handelt sich um Verzerrungen oder „Wellen“ in der Raumzeit, die durch einige der heftigsten und energiereichsten Prozesse im Universum verursacht werden. Diese könnte beinhalten eine Kollision zwischen zwei Neutronensternen (dichte Objekte, die entstehen, wenn massereichen Sternen der Treibstoff ausgeht) oder die Verschmelzung eines Neutronensterns mit einem Schwarzen Loch.
Wenn Teleskope unsere Augen sind, sind es Gravitationswellendetektoren unsere Ohren. Aber auch hier aktuell Gravitationswellendetektoren auf der Erde sind für die Astronomen letztlich nur Probeläufe im Weltraum einsetzen.
Auf die Frage, was die nächste Generation von Observatorien entdecken wird, habe ich keine Ahnung. Und das ist gut so. Die besten wissenschaftlichen Experimente sollten uns nicht nur etwas über die Dinge verraten, die wir zu finden erwarten, sondern auch darüber unbekannte Unbekannte.
Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lesen Sie die Originalartikel.