Amerikanische Astronomen forderten am Donnerstag die Nation auf, in eine neue Generation von „extrem großen“ Multi-Milliarden-Dollar-Teleskopen zu investieren, die größer sein würden als alle anderen derzeit auf der Erde oder im Weltraum.
Die Investition würde bedeuten, die Bemühungen zweier konkurrierender Projekte, des Giant Magellan Telescope und des Thirty Meter Telescope, zu retten und zu bündeln. Nach ihrer Fertigstellung wären diese Teleskope mit primären Sammelspiegeln von 25 und 30 Metern Durchmesser etwa 100-mal empfindlicher als jedes derzeit in Betrieb befindliche Teleskop.
Sie würden es Astronomen ermöglichen, tief in die Kerne entfernter Galaxien zu blicken, wo monströse Schwarze Löcher umherstreifen und Energie sputtern; erforschen Geheimnisse wie dunkle Materie und dunkle Energie; und studieren Planeten um andere Sterne als die Sonne. Vielleicht noch wichtiger, sie könnten neue Fragen über die Natur des Universums aufwerfen.
Aber Astronomen haben jahrelang darum gekämpft, genug Geld aufzubringen, um ihre Träume zu verwirklichen. In dem neuen Vorschlag würde die National Science Foundation 1,6 Milliarden US-Dollar bereitstellen, um beide Projekte abzuschließen und sie dann im Rahmen eines neuen Programms namens United States Extremely Large Telescope zu betreiben.
Am Donnerstag forderten die Astronomen die NASA auch auf, ein neues Missions- und Technologiereifungsprogramm für die Großen Observatorien in Angriff zu nehmen, das in den nächsten 20 bis 30 Jahren eine Reihe von Astrophysik-Raumsonden entwickeln würde. Das erste wäre ein optisches Teleskop, das größer als das Hubble-Weltraumteleskop ist und in der Lage ist, erdähnliche Planeten – potenziell bewohnbare „Exo-Erden“ – im nahen Kosmos zu finden und zu untersuchen. Nur die NASA könnte dies erreichen, sagten die Astronomen und stellten fest, dass es 2040 fertig sein könnte und 11 Milliarden Dollar kosten würde.
Diese beiden Empfehlungen waren die größten in einem lang erwarteten, 614-seitigen Bericht, Pathways to Discovery in Astronomy and Astrophysics for the 2020s, der am Donnerstag von den National Academies of Sciences, Engineering and Medicine veröffentlicht wurde.
In den letzten 70 Jahren hat die Akademie alle 10 Jahre eine Umfrage unter der astronomischen Gemeinschaft gesponsert, um Prioritäten für wichtige Artikel für das nächste Jahrzehnt zu setzen. Der Decadal Survey, wie er genannt wird, erregt die Aufmerksamkeit des Kongresses, der NASA, der National Science Foundation und des Energieministeriums.
Die diesjährige Anstrengung – unter dem Vorsitz von Fiona A. Harrison vom California Institute of Technology und Robert C. Kennicutt, Jr. von der University of Arizona – dauerte drei Jahre und beinhaltete Dutzende von Treffen und Diskussionen zwischen 13 Untergremien aus allen Bereichen der Astronomie. Insgesamt wurden 860 Weißbücher eingereicht, in denen Teleskope beschrieben werden, die gebaut werden könnten, Weltraummissionen, die gestartet werden sollten, Experimente oder Beobachtungen, die durchgeführt werden sollten, und Themen wie Diversität, mit denen sich die astronomische Gemeinschaft befassen sollte.
In einem Interview sagte Dr. Harrison, ihr Komitee habe versucht, den Ehrgeiz gegen den Zeit- und Geldaufwand für diese Projekte abzuwägen. Zum Beispiel wurden mehrere Ideen für Raumsonden zur Erkundung von Planeten entwickelt. Manche waren zu groß, manche zu klein; einige würden ein Jahrhundert brauchen, um sie auszuführen. Anstatt sich für eines davon zu entscheiden, bat die Gruppe die Community und die NASA, mit Ideen für ein Weltraumteleskop mit sechs Metern Durchmesser zurückzukommen. (Der Hauptspiegel von Hubble hat einen Durchmesser von 2,4 Metern.)
„Ein Sechs-Meter-Teleskop scheint ein erreichbares Ziel zu sein“, sagte Dr. Harrison.
“Dies ist von Natur aus eine ehrgeizige Suche”, fügte sie hinzu. „Nur die NASA, nur die USA können dies tun. Wir glauben, dass wir es schaffen können.“
Matt Mountain, Präsident der Association of Universities for Research in Astronomy oder AURA, die Observatorien für die National Science Foundation betreibt, bezeichnete den dekadischen Bericht in einer E-Mail als „verdammt kühn“. „Und sie haben sich nicht gescheut, über mehrere Jahrzehnte hinweg eine Vision zu formulieren, die in Wirklichkeit das ist, was es braucht und nehmen muss.“
Die dekadischen Umfragen haben eine Erfolgsgeschichte. Sowohl das Hubble-Weltraumteleskop, das 1990 gestartet wurde und immer noch in Betrieb ist, als auch das James-Webb-Weltraumteleskop – das für den Anfang der Zeit entwickelt wurde und nächsten Monat starten soll – profitierten davon, in früheren dekadischen Umfragen einen hohen Rang eingenommen zu haben.
Und so werden die Ergebnisse jeder neuen Vermessung von der Astronomie- und Astrophysik-Gemeinde mit Spannung erwartet. „Das Komitee war äußerst verschwiegen“, sagte Natalie Batalha, Professorin an der University of California in Santa Cruz, die eine führende Rolle bei der NASA-Mission zur Planetensuche Kepler spielte, in einer E-Mail am Vorabend der Veröffentlichung des Berichts. „Ich habe ehrlich gesagt nichts gehört. Ich warte auf Nadeln und Nadeln.“
In ihrem Bericht vom Donnerstag nannte die Akademie drei übergreifende wissenschaftliche Ziele für das nächste Jahrzehnt: die Suche nach bewohnbaren Planeten und Leben; das Studium von Schwarzen Löchern und Neutronensternen, die für die heftigsten Ereignisse in der Natur verantwortlich sind; und das Wachstum und die Entwicklung von Galaxien.
„Die kommenden Jahrzehnte werden der Menschheit einen Weg weisen, um festzustellen, ob wir allein sind“, heißt es in dem Bericht. „Das Leben auf der Erde kann das Ergebnis eines gemeinsamen Prozesses sein oder es kann so ungewöhnliche Umstände erfordern, dass wir die einzigen Lebewesen in unserem Teil der Galaxie oder sogar im Universum sind. Beide Antworten sind tiefgreifend.“
Die Idee für ein Extremely Large Telescope-Programm ist ehrgeizig, da es die Verschmelzung von zwei konkurrierenden Teleskopprojekten beinhaltet, dem Thirty-Meter-Teleskop, das entweder für den Gipfel des Mauna Kea auf Hawaii oder auf den Kanarischen Inseln in Spanien geplant ist, und das Giant Magellan Telescope im Gange in Chile.
Beide Teleskope sind die Traumprodukte ausgedehnter internationaler Kooperationen und zweier Jahrzehnte der Mittelbeschaffung und der Rekrutierung von Partnern. Beide Teleskope wären ungefähr dreimal so groß wie alles andere auf der Erde und wären 100-mal besser in der Lage, schwache ferne Sterne im Kosmos zu erkennen; Gemeinsam konnten sie tiefe Fragen über den Kosmos angehen. Aber keines der Projekte hat genug Geld gesammelt – mehr als 2 Milliarden US-Dollar sind notwendig –, um seine Ziele zu erreichen.
Wenn diese Teleskope nicht gebaut würden, würde Europa die Führung in der bodengebundenen Astronomie abtreten, das ein 39-Meter-Teleskop – das European Extremely Large Telescope – in der chilenischen Atacama-Wüste baut, das voraussichtlich 2027 in Betrieb gehen soll Situation bis zur Absage des American Super Conducting Super Collider-Projekts im Jahr 1993, das die Zukunft der Teilchenphysik an das CERN und den Large Hadron Collider in Genf übergab.
Wenn die National Science Foundation in die Fertigstellung der beiden Teleskope investieren würde, würde sie beträchtliche Beobachtungszeit gewinnen, die an amerikanische Astronomen vergeben würde.
„Die beiden Teleskope, die sich in gegenüberliegenden Hemisphären befinden und radikal unterschiedlich konstruiert sind, wären perfekt für ergänzende Untersuchungen des Kosmos geeignet“, sagte Dr. Harrison. “Zu denken, die USA hätten keinen Zugang dazu, ist undenkbar.”
Es warten große Herausforderungen. Das Giant-Magellan-Team hat in Chile bereits den ersten Spatenstich gemacht, aber die Fortschritte beim Dreißig-Meter-Teleskop wurden durch Proteste und Blockaden durch einheimische Hawaiianer und andere Gruppen behindert. Auf La Palma auf den Kanarischen Inseln wurde ein Ausweichstandort ausgewiesen.
Astronomen hoffen, dass sich die Sterne angesichts des aktuellen Schwerpunkts auf Infrastruktur und steigenden Wissenschaftsbudgets auf ihre kühne Vision ausrichten. Aber sie werden von einer Geschichte von Kostenüberschreitungen heimgesucht, vor allem mit dem James Webb Telescope, das nach jahrelanger Verzögerung und mit einem Endpreis von 10 Milliarden US-Dollar im Dezember endlich starten wird.
„Über all dem steht JWST – das gesamte Programm wird von seinem Erfolg abhängen“, sagte Michael Turner, Kosmologe jetzt bei der Kavli Foundation in Los Angeles und ein Veteran dekadischer Umfragen. “Daumen drücken.”