Sökandet efter utomjordiskt liv behöver en ny space telescope, astronomer säger

Om NASA verkligen vill få allvarliga i sökandet efter liv utanför Jorden, forskare hävdar att den rymdorganisationen bör lansera ett nytt, stort teleskop i rymden — en klarar av att direkt fånga bilder av planeter utanför vårt solsystem. Sådan teknik inte till fullo existerar just nu. Men astronomer säger att det är vår bästa insats för att hitta en annan Jord, som kunde vara värd för biologiska organismer.

Detta uppdrag konceptet är toppen rekommendation i en ny rapport som sammanställts av medlemmarna i National Academies of Sciences, Teknik och Medicin. Akademin har fått i uppdrag av Kongressen att komma upp med den bästa strategin för att studera och utforska exoplaneter, världar som ligger utanför solsystemet. Och efter att samla in input från experter på området, de Nationella Akademier kom upp med sju rekommendationer, med teleskopet på toppen av listan.

Det är en målsättning begäran

Det är en målsättning begäran, med tanke på den hårda verkligheten att NASA har inför samtidigt som man försöker bygga sin nästa stora space observatory, James Webb Space Telescope, eller JWST. Det var ursprungligen tänkt att kosta 1 miljard dollar, och att starta under 2007. Den gångna juni, NASA medgett att hela projektet skulle köra $9.66 miljarder, och teleskopet skulle inte starta förrän 2021 tidigast. Och den typ av teleskop som i denna rapport rekommenderas skulle kräva ny teknik som inte har testats i rymden ännu, vilket kan göra bilen ännu mer komplicerad och dyrare än JWST.

Men, när du skapar denna rapport har författarna inte tänka på de potentiella ekonomiska begränsningar. “Vi var framför allt inte att betrakta kostnader eller schema eller någon av dessa typer av saker,” Scott Gaudi, en professor i astronomi vid Ohio State University som författat rapporten och arbetar också på uppdrag koncept för ett rymdteleskop som kallas HabEx, berättar Gränsen. “Detta är helt enkelt en samsyn på vad de exoplanet gemenskapen anser är de mest viktiga saker som behöver göras för att svara på den vetenskapliga mål vi har.”

Dessa mål är relativt enkla. Den första dagordningen i rapporten beskrivs är att vi måste förstå hur planeter bildas. När stjärnor föds, de vanligen omgiven av en snurrande skiva av gas och stoft, och då enskilda planeter bildas inom dessa skivor. Så hur gör dessa skivor går från enkla gas till fullfjädrade planeter?

Det andra målet är en som de flesta alla på Jorden vill hitta ut också: finns det andra jordliknande planeter där ute som skulle kunna vara värd livet? Och det är därför det nya teleskopet kunde vara så viktigt. Med direkta bilder av planeter skulle kunna berätta en hel del om hur de ser ut och vad som finns i deras atmosfärer. Gasen som omger en planet kan hålla viktiga ledtrådar om vad som är på ytan nedan. Till exempel gaser som är förknippade med livet, som syre och metan, skulle vara en stor skylt som biologiska organismer som finns på en avlägsen värld. “Vi skulle kunna få en folkräkning av atmosfärens sammansättning med ett stort urval av Jord-liknande planeter,” Laura Kreidberg, en exoplanet astronom vid Harvard University, berättar Gränsen.

finns det andra jordliknande planeter där ute som skulle kunna vara värd livet?

Dessa dagar, har astronomer oftast hitta exoplaneter genom smart, men indirekta metoder. Det kanske vanligaste sättet att observera avlägsna världar är att titta på när de passerar framför sin förälder stjärnor — vad som är känt som en transitering. Dessa korsningar något blockera ljuset från stjärnan, vilket orsakar en liten dopp i ljusstyrka som kan mätas från Jorden. NASA: s TESS rymdfarkoster, som redan i omloppsbana runt Jorden, ser för planeterna på detta sätt, så kommer den kommande James Webb Space Telescope. En annan metod är att följa hur en planetens gravitation påverkar sin stjärna. Även om de är små, planeter kan få sina stjärnor att något wobble — ett tecken på deras närvaro.

Direkt avbildning av en exoplanet, emellertid, är en monumental uppgift, särskilt de som storleken på Jorden. Dessa planeter är super nära sin förälder stjärnor, och få överröstas av i närheten starlight. Till exempel, en avlägsen, potentiellt planet som liknar Jorden är cirka 10 miljarder gånger svagare än den stjärna som den kretsar kring. Så för att bilden av dessa planeter direkt, forskare behöver för att utrusta framtida rymdteleskop med speciella verktyg för att blockera eller minska en stjärnas ljus.

Lyckligtvis, astronomer har arbetat på just det. Ett koncept som är känt som en koronagraf, ett optiskt instrument som kan knytas till teleskop för att dämpa ljuset från en stjärna med speglar, som gör det lättare att se planeter som lurar i närheten. Teleskop på Jorden och i rymden har utrustats med coronagraphs att hjälpa studera Solen, men en sådan hög kontrast instrument för att blockera ut ljus från avlägsna stjärnor har inte testats fullt ut i rymden ännu. NASA för närvarande planer på att visa denna teknik för första gången på en av sina kommande rymdteleskop, WFIRST — ett drag som den Nationella Akademier rekommenderar starkt.

Men det finns ett annat alternativ förutom en koronagraf. Astronomer har varit sugen på att prova något som kallas en starshade. Det är en stor blomma-formade struktur som skulle flyga ut framför teleskopet, som skymmer ljuset från en stjärna genom att kasta en skugga. “Ingen av starlight hamnar i teleskopet, men ljuset från planeten skulle gå in i ditt teleskop, säger Gaudi.

denna teknik är ganska komplicerat

Problemet är dock att denna teknik är ganska komplicerat. En starshade skulle behöva flyga runt 100 000 kilometer bort från ett teleskop i rymden — mycket exakt — för att ordentligt kunna blockera ljuset från en avlägsen stjärna. Och som koronagraf, starshade är inte en fullt utvecklad teknik ännu. Dessutom har många av de föreslagna teleskop som astronomer skulle vilja bygga till en direkt bild exoplaneter skulle vara stort och tungt. Till exempel, ett koncept under utredning just nu, som heter LUVOIR, skulle ha en spegel som är mycket större än att JWST.

Någon direkt imaging telescope projekt som kommer att kosta miljarder dollar för att starta, och att det kan vara svårt för Kongressen att svälja, särskilt med tanke på de förseningar och överskridanden av JWST. Under tiden Trump administration har redan föreslagit att avbryta WFIRST teleskop, som skulle hjälpa till att testa koronagraf teknik, med hänvisning till kostnadsöverskridanden på projektet. Men exoplanet astronomer säger att de är optimistiska om att ett stort projekt av detta slag skulle kunna hända någon dag. “Jag tycker det är ett ambitiöst men realistiskt mål, jämfört med vad vi redan har gjort en sådan som landar den första människan på Månen, säger Kreidberg. “Detta är något som är inom räckhåll.”

Gaudi också förstår de utmaningar som är förknippade med att få något som gjort detta. Men rapporten var enbart tänkt att spegla vad exoplanet community hoppas att uppnå. Snart forskare kommer att komma tillsammans för att prioritera vilka typer av uppdrag NASA bör fonden, som en del av en stor insats som kallas decadal undersökning. Denna rapport kommer att överväga ekonomiska verklighet när man rekommenderar vilka uppdrag att fullfölja.

Men Gaudi hoppas att lagstiftarna kan ha möjlighet att se betydelsen av ett ambitiöst uppdrag som detta. “Dessa uppdrag är inte out of the box i form av finanspolitisk kapacitet, säger han. “Det är bara något vi har att välja på att göra. Vi tror att tiden är mogen för att gå och göra det nu och vi kunde ha svaret på detta mycket stor fråga i nästa generation.”