Fragen Sie Ethan: Wohin geht die moderne Wissenschaft?

Das Bild von drei der vier bekannten Exoplaneten, die HR 8799 umkreisen, aus dem Jahr 2010, ist das erste Mal, dass ein so kleines Teleskop - kleiner als ein Erwachsener - den Exoplaneten direkt sehen konnte.

Wenn Sie nur 30 Jahre in die Vergangenheit gegangen wären, hätten Sie die Welt nicht so, wie sie heute ist. Wir kannten nur die Planeten in unserem Sonnensystem; wir hatten nicht das Konzept der dunklen Energie; es gab keine Weltraumteleskope; Gravitationswellen waren einfach eine unbestätigte Theorie. Wir haben nicht alle Quarks und Leptonen geöffnet, niemand wusste, ob das Higgs-Teilchen existiert. Wir wussten nicht einmal, wie schnell sich das Universum ausdehnt. Anfang 2018, eine Generation später, haben wir in all diesen Bereichen eine Revolution gemacht und Entdeckungen gemacht, die niemand erwartet hatte. Was wird als nächstes passieren? Genau das möchte unser Leser wissen:

Ich würde gerne wissen, was Wissenschaftler als nächstes vorhaben. Welche Neuankömmlinge werden erwartet, welche Theoretiker schreiben an die Tafel oder welche Ideen diskutieren sie?

Nach dem großen Jahrestreffen der American Astronomical Society wird es sehr praktisch sein, die Zukunft der Wissenschaft zu diskutieren.


Der große Galaxienhaufen Abell 2744 , auch Pandora-Haufen genannt. Sein Gravitationslinseneffekt, den er von den dahinter liegenden Galaxien sieht, fällt mit dem Einstein GR zusammen; Es streckt und verstärkt das Licht des fernen Universums und ermöglicht es uns, die entferntesten Objekte zu sehen.

Die ganze Welt hat daran gearbeitet, uns auf den heutigen Wissensstand zu bringen. Teleskope, Observatorien, Teilchenbeschleuniger, Neutrino-Detektoren und Experimente mit Gravitationswellen werden weltweit, auf allen sieben Kontinenten und sogar im Weltraum durchgeführt. Vom IceCube am Südpol bis zu Hubble-, Herschel- und Kepler-Teleskopen im Weltraum, von LIGO / Virgo auf der Suche nach Gravitationswellen bis zum LHC am CERN - alle Entdeckungen wurden von Tausenden von Wissenschaftlern, Ingenieuren, Studenten und Bürgern gemacht, die unermüdlich daran arbeiteten, die Geheimnisse des Universums zu entdecken. Bei all diesem Wissen ist es wichtig, sich daran zu erinnern, wie weit wir gekommen sind: Wir verstehen das Universum besser als jeder Mensch der vorherigen Generation, von Newton bis Einstein und Feynman, von dem man nur träumen konnte. Nun wollen wir sehen, was vor uns liegt.


Durch die Aktualisierung der Magnete am LHC konnte er die Energie im Vergleich zu den ersten Starts in den Jahren 2010-2013 fast verdoppeln. Zukünftige Updates erhöhen Energie und Helligkeit (Kollisionen pro Sekunde) und liefern noch mehr Daten.

Teilchenphysik . In den letzten Jahren haben wir das Higgs-Boson, das Vorhandensein von Neutrinomasse und die Verletzung der Zeitumkehr entdeckt. Der LHC am CERN ist voll ausgelastet und hat bereits mehr Daten bei hohen Energieniveaus gesammelt als alle vorherigen Experimente zusammen. In der Zwischenzeit messen IceCube und das Pierre Auger Observatorium Neutrinos, einschließlich Hochenergie und Weltraum, auf einem neuen Niveau. In Zukunft werden neue Neutrino-Observatorien wie der IceCube Gen2 (bei dem die Anzahl der Kollisionen um das Zehnfache erhöht wird) und ANTARES (ein Detektor mit zehn Millionen Tonnen Meerwasser) die Datenankunftsrate verzehnfachen, sodass wir sogar Neutrinos von neuen Supernovae oder sehen können aus der Fusion von Neutronensternen.


Das IceCube Observatory, das erste Neutrino-Observatorium seiner Art, wurde entwickelt, um diese schwer fassbaren hochenergetischen Partikel unter der Dicke des antarktischen Eises zu beobachten

Die Bedeutung der Aufrüstung von Geräten aus laufenden Experimenten sollte nicht unterschätzt werden. Beispielsweise sammelte der LHC nur 2% der Daten aus dem geschätzten Volumen, das er für die gesamte Zeit des geplanten Bestehens sammeln sollte. Die mögliche Konstruktion neuer Experimente, zum Beispiel des internationalen Linearcolliders , des Ringprotonenkolliders der nächsten Generation oder sogar (falls Technologie auftaucht) des relativistischen Myoncolliders, kann uns zu neuen Grenzen in der grundlegenden Teilchenphysik führen. Wir leben in einer tollen Zeit.


Gravitationswellendetektor der Jungfrau in Cascina, in der Nähe von Pisa (Italien). Virgo ist ein riesiges 3 km langes Michelson-Laserinterferometer mit Schultern, die den doppelten vier Kilometer langen LIGO-Detektor ergänzen.

Gravitationswellen . Nach jahrzehntelanger Arbeit an vielen Komponenten ist die Ära der Gravitationsastronomie nicht nur gekommen, sondern wird uns noch lange begleiten. Die Advanced LIGO- und Virgo-Observatorien haben bereits fünf Fusionen von Schwarzen Löchern und eine Fusion von Neutronensternen entdeckt. Nach einer Reihe von Aktualisierungen werden sie noch empfindlicher. Dies bedeutet, dass sie nach dem nächsten Start schwächere Signale und weiter entfernte Fusionen erkennen können. In den kommenden Jahren werden die japanischen Detektoren KAGRA und LIGO India in Betrieb gehen und neue Möglichkeiten für noch genauere Messungen von Gravitationswellen eröffnen. Gravitationswellen von Supernovae, Störungen von Pulsaren , Fusionen von Doppelsternen und sogar die Verschmelzung von Neutronensternen mit Schwarzen Löchern können auf uns warten.


Die drei LISA-Raumschiffe aus Sicht des Künstlers - die Störung des Weltraums durch Gravitationswellenquellen mit langen Umdrehungsperioden - sollten uns ein interessantes Bild des Universums geben. Das LISA-Projekt wurde vor vielen Jahren von der NASA konzipiert und wird nun von der Europäischen Weltraumorganisation mit teilweiser Unterstützung der NASA gebaut.

Aber nicht nur LIGO ist mit Gravitationswellen beschäftigt! Eine Weltraumantenne nach dem Prinzip eines Laserinterferometers, LISA , wird in den 2030er Jahren auf den Markt gebracht und ermöglicht es uns, Gravitationswellen von supermassiven Schwarzen Löchern und Objekten mit einer viel niedrigeren Frequenz zu erfassen. Im Gegensatz zu LIGO können wir anhand der von LISA empfangenen Signale vorhersagen, wann und wo die Fusion stattfinden wird, wodurch wir die Möglichkeit haben, optische Teleskope für dieses Ereignis vorzubereiten. Messungen der Polarisation des CMB werden versuchen, die von der Inflation verbleibenden Gravitationswellen und andere Signale in Form von Gravitationswellen zu untersuchen, deren Auftreten Milliarden von Jahren gedauert hat. Mithilfe von Pulsarperioden können wir mithilfe von Gittern wie ACTA und NanoGRAV Objekte erkennen, deren Bewegung im Orbit Jahre oder sogar Jahrzehnte dauert. Dies ist eine unglaubliche Zeit für diese neue Klasse der Wissenschaft.


Das Hubble Ultra Deep Field-Bild enthält mehr als 10.000 Galaxien, von denen einige zusammenkommen. Dies ist eine der tiefsten Ansichten im Universum, die das Ausmaß von den Strukturen neben uns bis zu denen zeigt, deren Licht mehr als 13 Milliarden Jahre lang wanderte, bis es uns erreichte. Und das ist erst der Anfang.

Astronomie und Astrophysik . Wo fange ich an, die neueste Astronomie aufzulisten? Als ob unsere aktuellen Missionen nicht erstaunlich genug wären, bei denen Experimente am Boden, in Ballons und Flugzeugen ständig aktualisiert werden und neue, verbesserte Werkzeuge erhalten - wir haben auch neue Missionen, die ins All gehen und zu arbeiten beginnen, und diese Missionen versprechen eine Revolution in unserem Wissen. Neu gestartete Missionen wie Swift, NuSTAR, NICER und CREAM bieten uns die Möglichkeit, alles von kosmischen Energiestrahlen bis hin zum Inneren von Neutronensternen neu zu betrachten. Das HIRMES-Instrument, das nächstes Jahr an Bord der SOFIA starten soll, zeigt uns genau, wie Protostellarscheiben zu echten Stars werden. TESS, die sich auf den Start Ende des Jahres vorbereitet, wird potenziell bewohnte terrestrische Planeten in den Umlaufbahnen der hellsten und nächsten Sterne finden.


Der neue Stern GK Perseus , der hier in der Composite-Fotografie in Röntgen- (blau), Radio- (pink) und optischen (gelb) Strahlen gezeigt wird, ist ein gutes Beispiel dafür, was mit den besten Teleskopen der aktuellen Generation zu sehen ist. Und die Wahrnehmung all dieser Wellenlängen, von Röntgenstrahlen bis hin zu Radio, wird sich in den kommenden Jahren und Jahrzehnten enorm verbessern.

Als nächstes steht IXPE auf der Liste der Neuankömmlinge, das im Jahr 2020 eingeführt wird und es uns ermöglicht, Röntgenstrahlen und ihre Polarisation zu messen, wodurch wir neue Informationen über Weltraumröntgenstrahlen und die dichtesten und massereichsten Objekte (wie supermassereiche Schwarze Löcher) des Universums erhalten. Mit GUSTO, das mit einem Langzeitballon über der Antarktis gestartet wird, können wir die Milchstraße und das interstellare Medium erkunden und uns über alle Lebensphasen der Sterne von der Geburt bis zum Tod informieren. XARM und ATHENA werden die Röntgenastronomie revolutionieren, über die Bildung von Strukturen, den Abfluss aus den Zentren von Galaxien berichten und vielleicht sogar Licht auf dunkle Materie werfen. In der Zwischenzeit wird EUCLID die entfernten Ecken des Universums in einem weiten Sichtfeld messen und es uns ermöglichen, Tausende entfernter Supernovae zu sehen und die Parameter der Dunklen Energie bestmöglich einzuschränken.


Die Sicht des Künstlers auf das James Webb-Teleskop, August 2013. Das Teleskop wird 2019 auf den Markt gebracht [nach den neuesten Daten im Frühjahr 2020 / ca. transl.], und es wird unser größtes Infrarot-Observatorium von allen sein - es wird uns Dinge zeigen, die wir niemals finden würden.

Ganz zu schweigen von den wichtigsten NASA-Missionen wie dem James Webb Space Telescope , WFIRST oder den vier Kandidaten für die Flaggschiff-Mission der NASA für die 2030er Jahre. Die Aufgaben reichen von der Suche nach Atmosphären in potenziell bewohnten Welten bis zur Messung der Zusammensetzung dieser Atmosphären (einschließlich der Suche nach Bioattributen). von der Erforschung der Bausteine ​​des Lebens in Molekülwolken bis zur Suche nach den am weitesten entfernten Galaxien; Von der Suche nach den ersten Sternen, die aus Gas bestehen, das während des Urknalls entstanden ist, bis zur Untersuchung der Bildung und des Wachstums von Sternen. Diese Missionen werden die größten philosophischen Fragen bezüglich des Ursprungs des Universums und seiner Entwicklung beantworten.


Wie ein vollständig konstruiertes riesiges Magellan-Teleskop aussehen wird. Er wird in der Lage sein, die erdähnlichen Welten zu betrachten, die 30 Lichtjahre von uns entfernt sind, und die jupiterähnlichen Welten - in einer Entfernung von vielen hundert Lichtjahren.

Gleichzeitig werden revolutionäre bodengestützte Teleskope und Arrays gebaut. Das Large Synoptic Survey Telescope kombiniert die Ambitionen der SDSS- und Pan-STARRS-Projekte und erweitert sie um 20-mal leistungsstärkere Teleskope. Mit dem Quadratkilometer-Antennenarray, dem Quadratkilometer-Array, kann die Radioastronomie beispiellose Höhen erreichen, Tausende neuer Schwarzer Löcher öffnen und wahrscheinlich etwas finden, das uns bisher unbekannt war. In der Zwischenzeit bauen wir 30 Meter hohe Teleskope wie GMT und ELT, die 100-mal mehr Licht sammeln können als der Hubble. Sie verfügen über fortschrittlichere Instrumente und adaptive Optiksysteme als alles, was heute existiert. Wir können die Geheimnisse des Universums enthüllen.


In Prozent des US-Bundeshaushalts befinden sich die Investitionen in die NASA auf einem 58-Jahrestief.

Und dies ist nur eine oberflächliche Beschreibung dessen, was passiert. Jedes wissenschaftliche Gebiet hat seine eigenen erstaunlichen Experimente und Vorschläge, und selbst die Liste hier ist bei weitem nicht vollständig - sie enthält nicht einmal Missionen zu Planeten. Und all dies geschieht, wenn das Budget der NASA sinkt, was nicht einmal die Inflation erfasst. Trotzdem bleiben Tausende von Menschen, die an diesen Projekten arbeiten - sie planen, entwickeln, bauen und verwalten sowie die Ergebnisse analysieren - optimistisch. Wenn Sie gerne die grundlegendsten Wahrheiten des Universums finden, einschließlich Antworten auf Fragen wie:

• Woraus besteht das Universum?
• Wie ist sie dazu gekommen?
• Gibt es irgendwo anders Leben?
• Was ist das endgültige Schicksal von allem?

Sie werden einen Weg finden, mit begrenzten Ressourcen maximale Ergebnisse zu erzielen.


Je weiter Sie in den Weltraum schauen, desto weiter schauen Sie in die Vergangenheit. Je früher wir vorbeischauen, desto heißer, dichter und weniger entwickelt wird das Universum. Der Teil, den wir sehen können, ist begrenzt und natürlich. Aber was liegt dahinter?

Wie Thomas Zurbuken [ stellvertretender Missionsdirektor der NASA / ca. ] sagte . perev. ] zu aktuellen und zukünftigen Flaggschiff-Missionen:

Wir studieren das Universum genau für das, was wir aus diesen Flaggschiff-Missionen lernen. Dies ist eine Wissenschaft von der Skala der Zivilisation. Wenn wir dies nicht tun, werden wir keine NASA sein.

Aber nicht nur die Arbeit der NASA, sondern auch die Bemühungen aller staatlichen und internationalen Organisationen ermöglichen es uns, Fragen zu beantworten, die wir vor einer Generation noch nicht einmal gestellt haben. Wenn wir die Geheimnisse des Universums entdecken, entdecken wir tiefere und grundlegendere Fragen zu unserer Herkunft, Zusammensetzung und unserem Schicksal. Die Zukunft der Wissenschaft ist nicht nur hell, sie entfaltet sich direkt vor uns. Es gab noch keinen besseren Zeitpunkt, um das Wunder der einfachen Existenz in der Gegenwart zu teilen - mit all dem Wissen, das wir erworben haben und das wir noch vorbereiten, um es zu entdecken.