Es braucht teure Werkzeuge, um etwas über das Universum zu lernen, aber Projekte wie die Very Large Array für die Radioastronomie in New Mexico und den Chandra-Röntgenobservatorium, die die Erde umkreisen, haben die wissenschaftlichen Erkenntnisse auf eine Weise vorangebracht, die ohne diese Instrumente nicht möglich gewesen wäre. Alle 10 Jahre legen Astronomen und Astrophysiker in der Dekadenübersicht Astronomie und Astrophysik Prioritäten für die von ihnen benötigte Hardware fest. Die neueste Version der Umfrage wurde Ende 2021 von den National Academies of Sciences, Engineering and Medicine veröffentlicht, und die Debatten über die Finanzierung für das nächste Geschäftsjahr sind in vollem Gange.
Ich bin Professor für Astronomie, dessen Forschung hat nach einer Empfehlung in einer dieser dekadischen Umfragen, an denen ich beteiligt war, abhängig von Einrichtungen und Geräten gebaut die vorherige Umfrageerschienen 2010.
Die neuste Wunschliste ist voller faszinierender Projekte, und es wird spannend sein zu sehen, welche gefördert werden und welche Forschung daraus hervorgehen wird.
Ein Treffen der Gedanken
Seit den 1960er Jahren treffen sich US-Astronomen und Astrophysiker alle 10 Jahre, um eine Prioritätenliste für neue Einrichtungen und Instrumente zu erstellen.
Die dekadische Umfrage unter Astronomen ist einflussreich, weil sie alle dazu zwingt, auf der gleichen Seite zu stehen und schwierige Entscheidungen zu treffen. Es muss Ehrgeiz mit Realismus zügelnaber wenn Astronomen und Astrophysiker aus den vielen Teilgebieten zusammenarbeiten, kommen sie auf Ideen, die das gesamte Gebiet voranbringen.
Am meisten letzten 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 Energieministerium. Milliarden von Dollar stehen auf dem Spiel.
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 überprüfte 573 Whitepaper alle argumentieren für spezifische 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 in zehnjährigen 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 so konzipiert, dass sie diese Themen ansprechen.
Das erste ist das Studium erdähnlicher Welten. Dank explosivem Wachstum in der Entdeckung von Exoplanetendie Zahl der bekannten Planeten außerhalb des Sonnensystems war Verdoppelung etwa alle zwei Jahre. Unter den mehr als 5.000 Bekannte Exoplaneten sind mehrere Hundert ähnlich der Erde und könnte möglicherweise das Leben unterstützen. Ein Hauptziel für das nächste Jahrzehnt ist es, neue große Teleskope auf der Erde und im Weltraum mit Instrumenten zu bauen, die dies können „schnuppern“ Sie die Atmosphäre von erdähnlichen Planeten, um zu versuchen, Gase wie Sauerstoff nachzuweisen, die von Mikroben erzeugt werden.
Zweitens ist es, voranzukommen Multimessenger-Astronomie– ein relativ neues Gebiet der Astrophysik, das Informationen über Gravitationswellen, Elementarteilchen und elektromagnetische Strahlung aufnimmt und alles kombiniert, um tiefere Einblicke in die zugrunde liegende Astrophysik des Universums zu gewinnen. In diesem Fall besteht der Bedarf nicht so sehr an neuen wissenschaftlichen Instrumenten, sondern an mehr Zuschüssen, um Forschern die Zusammenarbeit und den Datenaustausch zu ermöglichen. Das wissenschaftliche Ziel ist es, mehr über kosmische Explosionen und Verschmelzungen kompakter Objekte wie Neutronensterne und Schwarze Löcher zu erfahren.
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 weit entfernte Galaxien können Astronomen in die Vergangenheit blicken, da Licht Zeit braucht, um die Erde zu erreichen. Um diese massiven, komplizierten Systeme zu verstehen, benötigen Wissenschaftler 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.
Die Wunschliste der Astronomie
Hier sind ein paar besonders spannende Highlights aus der 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 „tolle Observatorien„ im Weltraum. Das Flaggschiff dieser Missionen – die in den 2040er Jahren mit einem atemberaubenden Preisschild von 11 Milliarden US-Dollar gestartet werden sollen – wäre eine 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 zwei kleinere Weltraumteleskope 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 das fünf- bis siebenfache der lichtsammelnden Fläche des größten Teleskops von heute. 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 auszugeben 263 Radioteleskope das würde die gesamten USA überspannen. Dieses Teleskop-Array könnte Radiobilder mit der 10-fachen Empfindlichkeit und 20-fachen Schärfe aller früheren Einrichtungen erzeugen, wodurch Wissenschaftler tiefer in das Universum blicken und zuvor nicht nachweisbare Objekte entdecken können. Ein weiterer Punkt auf der Wunschliste ist ein Paar im Wert von 650 Millionen Dollar Mikrowellenteleskope in Chile und der Antarktis das würde das Nachglühen des Urknalls abbilden.
Diese Art von Geld wird benötigt, um wissenschaftliche Ziele dieser Größenordnung zu erreichen.
Stand des Berufes
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 schauen und den Stand des Berufsstandes zu beurteilen. Dazu gehören die Betrachtung von Vielfalt und Inklusion, das Arbeitsklima und die Beiträge von Astronomen zu Bildung und Öffentlichkeitsarbeit.
Diese Felder sind überwiegend weiß, mit Menschen aus Minderheiten nur 4% der Fakultät und Studenten. In einem Anhang zum Bericht Teams eine Reihe von Abhilfemaßnahmen vorgeschlagen für den Mangel an Vielfalt und Gerechtigkeit. Diese enthaltene Ideen 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 Diskriminierung zu behandeln wissenschaftliches 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.
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