Если мы не будем инвестировать в изучение Вселенной, мы мало что узнаем.
Каждые десять лет в области астрономии и астрофизики проводится десятилетний обзор. Это намечает путь, которым будет следовать астрофизическое подразделение НАСА в течение следующего десятилетия, включая вопросы, которые они будут исследовать, какие миссии будут финансироваться, а какие не будут выбраны. Величайшие научные достижения происходят, когда мы вкладываем большое количество ресурсов в одну сверхмощную многоцелевую обсерваторию, такую как космический телескоп Хаббла. Это предложения с высоким риском и высоким вознаграждением. Если миссия увенчается успехом, мы сможем узнать о Вселенной беспрецедентно много, как никогда раньше.
Несмотря на то, что предложения о миссии проходят через НАСА, в конечном итоге рекомендации дают Национальный исследовательский совет и Национальная академия наук. С момента создания НАСА в 1960-х годах эти десятилетние исследования сформировали область исследований в области астрономии и астрофизики. Они принесли нам наши самые большие наземные и космические обсерватории. На земле радиорешетки, такие как Очень большая решетка и Очень длинная базовая решетка, а также Большая миллиметровая решетка Атакама, обязаны своим происхождением десятилетним исследованиям. Космические миссии включают крупные обсерватории НАСА: космический телескоп Хаббл, рентгеновскую обсерваторию Чандра, космический телескоп Спитцер и гамма-обсерваторию Комптона в 1990-х и начале 2000-х годов. Многие из выполняемых сегодня миссий могут проследить свое происхождение до предыдущего Десятилетнего обзора.
Более поздние десятилетние исследования, проведенные в этом тысячелетии, принесут нам, среди прочего, космический телескоп Джеймса Уэбба, обсерваторию WFIRST, предназначенную для исследования темной энергии и экзопланет, и Большой синоптический обзорный телескоп (LSST). Они определили основные, наиболее важные научные цели астрономии и астрофизики, включая темную энергию, экзопланеты, сверхновые звезды, слияния экстремальных объектов, образование первых звезд и крупномасштабную структуру Вселенной. Но в отчете 2001 года было предупреждение, которое не было учтено, и теперь оно создает огромную проблему.
Несмотря на то, что надежная астрономическая программа имеет много преимуществ для страны и всего мира, жизненно важно иметь разнообразный портфель миссий и обсерваторий. Предыдущие десятилетние обзоры одновременно подчеркивали важность крупных флагманских миссий, которые продвигают поле вперед, как никакие другие типы миссий, и предостерегают от слишком больших инвестиций в эти флагманы за счет других малых и средних миссий.
Они также подчеркнули важность предоставления дополнительного финансирования или обеспечения внешнего финансирования для поддержки текущих миссий, объектов и обсерваторий. Без него разработка новых миссий будет затруднена из-за необходимости постоянно финансировать существующие.
Многие сторонники жесткой экономии и бюджетные ястребы - как в политике, так и среди широкой публики - часто указывают на высокую стоимость этих флагманских миссий, которая может резко возрасти, если возникнут непредвиденные проблемы. Однако гораздо более серьезная проблема возникнет, если одна из этих флагманских миссий потерпит неудачу.
Когда «Хаббл» запустили с поврежденным зеркалом, неспособным должным образом сфокусировать собранный свет, его исправление стало обязательным. Да, это было дорого, но гораздо большей ценой для науки, общества и человечества было бы не исправление этого. Наше решение инвестировать в ремонт (и модернизацию) Хаббла напрямую привело к некоторым из наших величайших открытий всех времен.
Аналогичным образом James Webb сейчас превышает бюджет, и для его завершения потребуются дополнительные средства. Но небольшие дополнительные затраты на то, чтобы сделать все правильно, значительно перевешивают затраты, которые мы все понесли бы, если бы обманули себя и не завершили эту невероятную инвестицию.
Приближается десятилетний обзор 2020 года. Будущий курс астрономии и астрофизики будет намечен, и одна флагманская миссия будет выбрана в качестве главного приоритета для премьерной миссии 2030-х годов. (Джеймс Уэбб был этой миссией в 2010-х годах; WFIRST будет ею в 2020-х годах.) К сожалению, директор по астрономии и астрофизике Пол Герц из Управления научной миссии НАСА только что выпустил меморандум. В нем каждой из четырех команд-финалистов было поручено разработать вторую архитектуру: более дешевый вариант с научной точки зрения.
Это бросает вызов тому, что на самом деле является флагманской миссией. Выступая в этом году на большом собрании Американского астрономического общества, помощник администратора НАСА Томас Зурбухен сказал:
Что мы узнаём из этих флагманских миссий, это то, почему мы изучаем Вселенную. Это наука цивилизационного масштаба… Если мы этого не сделаем, мы не НАСА.
И все же эти уменьшенные архитектуры по определению не столь амбициозны. Это указание НАСА на то, что, если бюджет не будет увеличен, чтобы покрыть фактические затраты на науку цивилизационного масштаба, мы не будем этим заниматься. Каждому из четырех финалистов было поручено предложить вариант общей стоимостью менее 5 миллиардов долларов, что сильно урежет возможности такой обсерватории.
Например, одно из предложений, LUVOIR, было разработано, чтобы стать окончательным преемником Хаббла: в 40 раз мощнее с диаметром до ~15 метров. Он был разработан для решения проблем в нашей Солнечной системе, измерения молекулярных биосигнатур на экзопланетах, для проведения космической переписи звезд в каждом типе галактик во Вселенной, для достижения чувствительности, позволяющей видеть каждую галактику во Вселенной, для прямого изображения и нанести на карту газ в галактиках повсюду и измерить вращение галактик (и лучше понять темную материю) для каждой галактики во Вселенной.
Но новая архитектура будет иметь вдвое меньший диаметр, вдвое меньшее разрешение и четверть светосилы по сравнению с исходной конструкцией. По сути, это будет оптическая версия космического телескопа Джеймса Уэбба. Широкие амбиции первоначального проекта, способные революционизировать наши взгляды на Вселенную, будут потеряны.
Остальные три предложения легче уменьшить, но они снова теряют свою силу. HabEx, предназначенный для прямого изображения земноподобных планет вокруг других звезд, теряет 87,5% интересных планет, которые он может исследовать, если его размер уменьшается вдвое. Он может предложить не намного больше, чем другие наборы миссий, которые будут летать, такие как WFIRST (особенно, если WFIRST получит звездную тень), чтобы оправдать статус флагманской миссии с таким сокращением. LYNX, разработанная как рентгеновская обсерватория следующего поколения, значительно превосходящая Chandra и XMM-Newton, возможно, ненамного превосходит предстоящую миссию ESA Athena. на такой бюджет. Предполагалось, что его пространственное и энергетическое разрешение станет его главным преимуществом; при уменьшенном бюджете трудно представить, как это будет достигнуто.
Лучшим выбором может быть OST: космический телескоп Origins, который представляет собой огромное обновление по сравнению со Spitzer: единственным другим далеко инфракрасная обсерватория НАСА когда-либо отправлялась в космос. Его 9,1-метровый дизайн, вероятно, невозможен в этой ценовой категории, но уменьшение размера менее разрушительно для этой миссии. При более низкой цене он все же может многое рассказать нам о космосе, от нашей Солнечной системы до экзопланет, черных дыр и далеких ранних галактик. У НАСА или Европы нет аналогов, с которыми можно было бы конкурировать, и, в отличие от оптической части спектра, общеизвестно, что с земли очень сложно пытаться проводить астрономические исследования на этой длине волны. Самое близкое, что у нас есть, это самолетная SOFIA, которая фантастична, но имеет ряд ограничений.
Это НАСА. Это самое выдающееся космическое агентство в мире. Именно здесь объединяются наука, исследования, разработки, открытия и инновации. Одни только побочные технологии оправдывают инвестиции, но мы делаем это не поэтому. Мы здесь, чтобы открывать Вселенную. Мы здесь, чтобы узнать все, что возможно, о космосе и о нашем месте в нем. Мы здесь, чтобы узнать, как выглядит Вселенная и как она стала такой, какая она есть сегодня.
Пришло время правительству Соединенных Штатов проявить инициативу и инвестировать в фундаментальную науку так, как мир не видел уже несколько десятилетий. Пришло время перестать просить научное сообщество делать больше с меньшими затратами и поставить перед ними реалистичную, но амбициозную цель: делать больше с большими затратами. Если мы можем позволить себе непродуманные космические силы, возможно, мы сможем позволить себе узнать о величайшем неизведанном природном ресурсе из всех. Вселенная и необъятное неизвестное, скрывающееся в великом космическом океане.