Wie die Zukunft der Astronomie in der kommenden Dekade aussieht

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Im Rhythmus von zehn Jahren veröffentlichen die wichtigsten amerikanischen Astronomen und Astrophysiker eine Analyse, die die Richtung für das nächste Jahrzehnt der Forschung in ihrem Bereich vorgeben soll. So auch in diesem Jahr: Die "Decadal Survey on Astronomy and Astrophysics", genannt "Astro2020", von den National Academies of Sciences, Engineering and Medicine liegt vor.

Jahrelange Arbeit

Astro2020 basiert auf Hunderten von Whitepapers und über mehrere Jahre angestellten Überlegungen von mehr als 13 Untergremien. Der 600-seitige Bericht nennt drei zentrale wissenschaftliche Prioritäten für das kommende Jahrzehnt – und plädiert dafür, dass die USA in zwei Großprojekte investieren: das Giant Magellan Telescope und das Thirty Meter Telescope. In dem Bericht heißt es, dass beide Projekte ohne größere Investitionen der US-Regierung wahrscheinlich scheitern werden. Um welche Summen es geht, ist noch unklar.

Gabriela González, Professorin für Physik und Astronomie an der Louisiana State University, die auch Mitglied des Lenkungsausschusses des Berichts war, sagt, dass Astro2020 einen umsetzbaren Plan enthält, der sowohl mögliche Kosten als auch Ansprüche der Wissenschaftsgemeinde berücksichtigt.

Astro2020 enthält drei zentrale wissenschaftliche Prioritäten. So wird es viele Beobachter freuen zu hören, dass das Interesse an Exoplanetensystemen in nächster Zeit nicht nachlässt. Eine der drei wichtigsten wissenschaftlichen Prioritäten, die im Bericht genannt werden, ist die Identifizierung und Charakterisierung erdähnlicher Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Während Exoplaneten schon seit mehr als zwei Jahrzehnten ein beliebtes Forschungsthema sind, konzentriert sich die neue Anstrengung insbesondere auf die Suche nach bewohnbaren Welten. Das Leben auf der Erde hat die Atmosphäre des Planeten radikal verändert – und die Forscher wollen nach ähnlichen Signaturen anderswo suchen, um festzustellen, ob andere Planeten die richtigen Bedingungen haben, komplexes Leben zu ermöglichen.

Suche nach Biosignaturen

Mit Hilfe der Spektroskopie, die untersucht, wie Materie und Licht zusammenwirken, werden die Astronomen nun damit beginnen, die Atmosphären großer, heißer Welten auf Anzeichen von Biosignaturen oder direkt von Leben zu untersuchen.

Die zweite zentrale Priorität, die in dem Bericht angekündigt wird, ist die Erforschung der frühesten Momente unseres Universums, indem die Natur von schwarzen Löchern, weißen Zwergen und Sternexplosionen untersucht wird. Durch Projekte wie den Start der Laser Interferometer Space Antenna, einer neuartigen Raumsonde, die Gravitationswellen aufspüren und messen soll, könnte die Forschung in diesem Bereich der Wissenschaft helfen, neue physikalische Phänomene zu entdecken und unser Verständnis für astronomische Daten zu verbessern.

Im Rahmen des dritten Schwerpunkts wird versucht, die Entstehung und Entwicklung von Galaxien zu erforschen und festzustellen, wie diese astronomischen Systeme miteinander verflochten sind. Insbesondere wollen die Forscher die Spektroskopie nutzen, um die verschiedenen Strukturen zu untersuchen, die die Umgebung von Galaxien ausmachen.

Ein neuer Ansatz zur Planung von Raummissionen

Im Astro2020-Bericht heißt es auch, dass die NASA ein neues Programm einrichten sollte, um die Art und Weise, wie Raummissionen geplant und entwickelt werden, zu ändern. "Anstatt Missionen zu empfehlen und zu genehmigen, die viele Jahre dauern", sagt González, "empfehlen wir der NASA, ein System zu schaffen, das wir das "Great Observatories Mission and Technology Maturation Program" nennen, das Techniken für Missionen entwirft und entwickelt, bevor sie begonnen werden."

Im Rahmen dieses Programms würden Verfahren bereits Jahre vor dem Zeitpunkt entwickelt, zu dem sie für eine Weltraummission vorgesehen sind, und es würden Kontrollen und Überprüfungen im Frühstadium durchgeführt. Normalerweise beginnt dieser Prozess, wenn eine Mission genehmigt wird, aber dieses Programm zielt darauf ab, die Zeit zwischen Genehmigung und Start zu halbieren.Angesichts des hohen Zeit- und Kostenaufwands für die Entwicklung eines Missionskonzepts, so der Bericht, könnte ein neuer Ansatz dazu beitragen, dass die NASA mehr Großprojekte auf einmal in Angriff nehmen kann. Ob sie am Ende abheben oder nicht, ist nicht das Thema, sagt González. Es gehe darum, so früh wie möglich die richtigen Ressourcen zu bekommen.

Die erste Mission, die in das neue Programm aufgenommen werden soll, ist ein weltraumgestütztes Teleskop, das mit Hilfe von kontrastreichen Bildern neue Daten über Exoplaneten liefern soll, was den Hauptprioritäten von Astro2020 entspricht. Es ist deutlich größer als das Hubble-Weltraumteleskop und wird in der Lage sein, Planeten zu beobachten, die mindestens um den Faktor 10 Milliarden schwächer leuchten als ihr Stern. Dies wird die Art und Weise, wie Astronomen das bekannte Universum betrachten, grundlegend verändern. Die geschätzten Kosten für das Projekt belaufen sich derzeit auf etwa 11 Milliarden US-Dollar, und wenn es von der NASA genehmigt wird, ist ein möglicher Start nicht vor Anfang der 2040er Jahre vorgesehen.

Auf dem Boden bleiben

Für bodengestützte Observatorien lautet die wichtigste Empfehlung des Ausschusses, weiterhin in ein US-Programm für extrem große Teleskope zu investieren, das derzeit aus drei Elementen besteht: dem Giant Magellan Telescope in Chile, dem Thirty Meter Telescope auf Hawaii und dem National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory der National Science Foundation (NSF) in Arizona.

Astro2020 empfiehlt außerdem, dass das Karl Jansky Very Large Array und das Very Long Baseline Array durch das "Next-Generation Very Large Array" ersetzt werden, ein wesentlich empfindlicheres Radioobservatorium, das bis zum Ende dieses Jahrzehnts gebaut werden soll. Dem Bericht zufolge ist der Erfolg jedes dieser Projekte von entscheidender Bedeutung, falls die Vereinigten Staaten ihre führende Position in der erdgebundenen Astronomie halten wollen.

González hofft, dass der diesjährige Bericht zu neuen Entdeckungen führen wird, die über die Wissenschaftscommunity hinausgehen. "Diese Gemeinschaft besteht nicht nur aus Astronomen", sagt sie. Menschen profitierten schließlich von der Astronomie.

(bsc)