NASA bør lede en stor direkte billeddannelsesmission for at studere jordlignende exoplaneter, siger ny rapport

For at besvare vigtige spørgsmål om planetsystemer, såsom om vores solsystem er et sjældent fænomen, eller om der findes liv på andre planeter end Jorden, NASA bør lede en stor direkte billeddannelsesmission - et avanceret rumteleskop - der er i stand til at studere jordlignende exoplaneter, der kredser om stjerner, der ligner solen, siger en ny kongresmandat rapport fra National Academies of Sciences, Ingeniørarbejde, og medicin.

Studiet af exoplaneter - planeter uden for vores solsystem, der kredser om en stjerne - har set bemærkelsesværdige opdagelser i det sidste årti. Rapporten identificerer to overordnede mål inden for dette videnskabsområde:

• At forstå dannelsen og udviklingen af ​​planetsystemer som produkter af stjernedannelse og karakterisere mangfoldigheden af ​​deres arkitekturer, sammensætning, og miljøer.
• At lære nok om exoplaneter til at identificere potentielt beboelige miljøer og søge efter videnskabelige beviser for liv på verdener, der kredser om andre stjerner.

Med udgangspunkt i disse mål, komitéen, der forfattede rapporten, fandt, at vores nuværende viden om rækken af ​​karakteristika for planeter uden for solsystemet er væsentligt ufuldstændig. En holistisk tilgang til at studere beboelighed i exoplaneter, ved at bruge både teori og observationer, vil i sidste ende være forpligtet til at søge efter beviser for tidligere og nuværende liv andre steder i universet.

Mens udvalget erkendte, at udvikling af en direkte billeddannelseskapacitet vil kræve store økonomiske investeringer og en lang tidsskala for at se resultater, indsatsen vil fremme udviklingen af ​​det videnskabelige samfund og teknologisk kapacitet til at forstå utallige verdener. For at detektere et system analogt med vores eget jord-sol-system, rapporten anbefaler at bruge instrumenter, der muliggør direkte billeddannelse af en exoplanet ved at blokere for lyset, der udsendes af forældrestjernerne - såsom en koronagraf eller stjerneskærm.

Ud over, jordbaseret astronomi – muliggjort af to amerikansk-ledede teleskoper – vil også spille en central rolle i at studere planetdannelse og potentielt jordbaserede verdener, siger rapporten. Det fremtidige Giant Magellan-teleskop (GMT) og det foreslåede Thirty Meter Telescope (TMT) vil muliggøre dybtgående fremskridt inden for billeddannelse og spektroskopi - absorption og emission af lys - af hele planetsystemer. De kunne også detektere molekylær oxygen i tempererede jordiske planeter i transit omkring tætte og små stjerner, siger rapporten.

Udvalget påpegede, at teknologisk køreplan for at muliggøre det fulde potentiale af GMT og TMT i studiet af exoplaneter er behov for investeringer, og bør udnytte det eksisterende netværk af amerikanske centre og laboratorier. Til det formål, rapporten anbefaler, at National Science Foundation investerer i både teleskoper og deres exoplanetinstrumentering for at give adgang til det amerikanske samfund overalt på himlen.

Mens missioner som Kepler-rumfartøjer har karakteriseret en bemærkelsesværdig befolkning af planeter relativt tæt på deres stjerner, vores viden om verdener i de ydre rækker af universet er sørgeligt mangelfuld, sagde udvalget. Rapporten siger WFIRST, den store rumbaserede mission, der fik den højeste prioritet i akademiernes 2010 årtiers undersøgelse, vil spille to ekstremt værdifulde roller:For det første, det vil tillade en undersøgelse af planeter længere væk fra deres stjerner end undersøgt af Kepler og andre missioner. Sekund, det vil muliggøre en stor direkte billedbehandlingsmission.

Selvom metoden med radial hastighed - som måler stjernens forskydning, når den kredser om planetsystemets massecentrum - vil fortsætte med at give essentiel masse- og kredsløbsinformation, dens målinger er i øjeblikket begrænset af variationer i stjernens overflade og ufuldkommen kalibrering af instrumenterne, siger rapporten. Nye instrumenter installeret på store teleskoper, betydelige tildelinger af observationstid, og samarbejde mellem observatører såvel som teoretikere er nogle af kravene til fremskridt. At udvikle disse metoder og faciliteter til at måle masserne af tempererede terrestriske planeter, der kredser om sollignende stjerner, NASA og NSF bør etablere et strategisk initiativ inden for ekstremt præcise radiale hastigheder.

Ud over, NASA bør skabe en mekanisme til systematisk at indsamle data om exoplanetatmosfærer tidligt i James Webb Space Telescope-missionen. Udvalget anbefalede også at bygge videre på modellen for NASA's tværfaglige samarbejdsinitiativ - Nexus for Exoplanet Science System - ved at støtte en tværgående forskningsindsats, der inviterer til forslag til tværfaglig forskning.

Udvalget opfordrede NASA til at støtte et robust individuelt efterforskerprogram, der inkluderer tilskud til teoretiske, laboratorium, og jordbaserede teleskopiske undersøgelser for fuldt ud at realisere det videnskabelige udbytte af exoplanet-missioner. Rapporten anerkender også, at diskrimination og chikane findes i den videnskabelige arbejdsstyrke og kan påvirke exoplanetforskningssamfundet, udgør hindringer for deltagelse af personer fra visse demografiske grupper. For at maksimere det videnskabelige potentiale og muligheder for ekspertise, institutioner og organisationer bør tage konkrete skridt til at fjerne diskrimination og chikane og proaktivt rekruttere og fastholde videnskabsfolk fra underrepræsenterede grupper.