Новый доклад американской академии наук называет главные задачи и проекты для астрономии до 2032 года.
В начале ноября американская Национальная академия наук обнародовала очередной «десятилетний обзор» Astro2020 Decadal Survey (ADS), который послужит основой для новых астрономических проектов и исследований на 2022-2032 гг. Как можно заметить из названия, доклад должен был выйти еще в прошлом году, однако пандемия привела к серьезным задержкам в работе большой команды авторов, которая насчитывает около 150 ученых, разделенных на 13 тематических комиссий.Такие документы выходят регулярно и не являются прямыми указаниями к действию, но оказывают большое влияние на работу NASA, Национального научного фонда (NSF) США – а через них и на развитие космонавтики и астрономии во всем мире. Благодаря предыдущим таким докладам на свет появились многие важные инструменты, включая запущенный недавно космический телескоп James Webb. Какие же направления и концепции выделяют авторы доклада на этот раз?
Три пути
АDS указывает три ключевых темы, которые будут особенно занимать астрономов в ближайшее десятилетие. Первая из них – «Драйверы роста галактик» – посвящена проблемам их формирования и эволюции. По современным представлениям, первые галактики появились в ранней Вселенной, направляемые скоплениями темной материи, и затем развивались за счет слияний друг с другом и поглощений. Однако многие детали этих процессов остаются неизвестными, и тот же James Webb, способный различить самые далекие и древние из галактик, позволит лучше их узнать.Второе направление – «Пути к обитаемым мирам» – посвящено поиску далеких экзопланет земного типа и должна увенчаться получением их первых прямых изображений, в в идеале – и обнаружению химических следов жизни. Ожидается, что в этой работе пригодятся и телескоп James Webb, и готовящаяся к запуску в 2027 г. обсерватория Nancy Grace RST. Возможно, они позволят выяснить состав атмосфер некоторых потенциально обитаемых экзопланет и поискать в них возможные биомаркеры.Наконец, третье направление – «Новые окна в динамическую Вселенную» – ориентировано на применение новых астрономических инструментов, дополняя работу обычных телескопов детекторами нейтрино и гравитационных волн. Такая «многоканальная астрономия» позволяет с разных точек зрения исследовать самые высокоэнергетические процессы, включая коллапсы массивных светил, слияния черных дыр и нейтронных звезд, изучать природу этих экстремальных объектов, а также все, что происходило в самые первые моменты существования Вселенной.
Некоторые из проектов астрономических инструментов, предложенных в докладе
Большая миссия
Исходя из озвученных тем, важнейшей задачей на будущее остается создание нового большого (не менее 6 м) космического телескопа, способного работать в чрезвычайно широком диапазоне волн. Ожидается, что он сумеет рассмотреть далекие экзопланеты в беспрецедентных деталях. Пока что рассматривается две концепции подобной миссии: HabEx и LUVOIR. Любопытно, что HabEx может состоять из двух отдельных аппаратов – собственно, телескопа и экрана, который раскроется в сотне тысяч километров от него, прикрывая излучение далеких звезд для наблюдения их экзопланет. Это позволяет обойтись зеркалом умеренных (порядка 4 м) размеров, тогда как альтернативный проект LUVOIR подразумевает телескоп с куда большим (8-15 м) составным зеркалом.Возможно, финальный проект большого телескопа будет сочетать оба варианта. Однако в любом случае стоимость подобного инструмента оценивается не менее чем в 11 млрд долларов, и его вряд ли удастся запустить ранее второй половины 2040-х. Поэтому одновременно с ним авторы доклада предлагают не забывать и о других миссиях. Для этого в документе описан новый подход к созданию подобных масштабных инструментов, рекомендующий параллельно работать сразу с несколькими миссиями.До сих пор для каждого из таких телескопов определяют задачи, после чего переключаются проектирование, постройку и запуск, затем переходя к следующему проекту. Так были созданы великие обсерватории Chandra, Spitzer и Hubble, причем на весь процесс зачастую уходили и уходят десятилетия. В рамках новой стратегии работы должны вестись одновременно, – так, чтобы проблемы по одному проекту не приводили к серьезным отставаниям всей научной программы, позволяя оперативно сосредоточивать усилия на самом перспективном варианте.
NASA JPL — Проект космической обсерватории HabEx включает телескоп и «звездный экран»
Миссии «пробного» класса
В числе таких перспективных проектов авторы доклада называют телескопы для работы в среднем и дальнем ИК-спектре (Origins), а также в рентгене (Lynx). Оба аппарата могут быть изготовлены и запущены уже около 2030 г., по цене 3-5 млрд долларов за каждый. Origins будет использоваться, прежде всего, для изучения экзопланетных атмосфер, а рентгеновский Lynx – для наблюдений черных дыр и эволюции галактик.Ожидается, что чувствительность ИК-телескопа Origins в тысячи раз превысит возможности существующих инструментов, а Lynx станет в сотни раз чувствительнее лучшей на сегодня рентгеновской обсерватории Chandra. При этом оба будут относиться к миссиям нового класса Probe, которой астрономы предлагают дополнить диапазон проектов NASA. Аппараты Probe займут промежуточное положение между «Великими телескопами», подобными Hubble или James Webb, и проектами средних масштабов, создаваемых по программе Explorer.
Lynx Team, NASA, Smithsonian Astrophysical Observatory
Земные задачи
На самой Земле доклад предлагает дальнейшую поддержку строительства новых больших телескопов, таких как GMT (апертура 24,5 м, ожидаемый срок ввода в эксплуатацию – 2029 г.) и ТМТ (30 м, 2027 г.). Любопытно, что работы над 30-метровым телескопом ТМТ рекомендовано продолжить, несмотря на протесты местных жителей, вызванных тем, что инструмент строится на священной гавайской горе Мауна-Кеа. А в Чили и Антарктиде должны быть развернуты инструменты микроволновой обсерватории CMB-24 – более 20 телескопов для регистрации реликтового излучения Вселенной.Кроме того, доклад поддерживает строительство в США модернизированной сети радиотелескопов ngVLA, разрешение которой на порядок превысит существующие аналоги, включая массивы VLA и VLBA. А для развития «многоканальной астрономии» рекомендуется работа над новыми гравитационно-волновыми обсерваториями и строительство обновленной нейтринной обсерватории IceCube 2 в районе Южного полюса.
