Гэты здымак 2010 года з трох з чатырох вядомых экзапланет, якія знаходзяцца на арбіце HR 8799, уяўляе сабой першы раз, калі тэлескоп, такі маленькі - менш, чым паўнавартасны чалавек, - быў выкарыстаны для непасрэднага малюнка экзапланет. Малюнак: НАСА / JPL-Caltech / Абсерваторыя Паламара.

Спытаеце Этана: як выглядае будучыня навукі?

Якія нашы будучыя місіі ў галіне фізікі, астраноміі, астрафізікі і шмат іншага?

Калі вы вярнуліся ў мінулае толькі праз 30 гадоў, то ў свеце, як і ў нас, гэта было зусім іншае месца. Адзіныя вядомыя планеты былі ў нашай Сонечнай сістэме; у нас не было паняцця цёмнай энергіі; не было касмічных тэлескопаў; і гравітацыйныя хвалі былі проста неправеранай тэорыяй. Мы не выявілі ўсіх кваркаў і лептонаў, і ніхто не ведаў, ці сапраўдны Хігс. Мы нават не ведалі, як хутка Сусвет пашыраецца. На світанку 2018 года, пакаленнем пазней, мы зрабілі рэвалюцыю ва ўсіх гэтых галінах, у тым ліку і з адкрыццямі, якіх мы ніколі не маглі прадбачыць. Што будзе далей? Вось што хоча ведаць наш прыхільнік Patreon Томаш Уолгрэн:

Я хацеў бы прачытаць ці пачуць тое, што плануюць зрабіць навукоўцы далей. Што ёсць у канвееры, на чарцёжнай дошцы ці проста ідэя для абмеркавання?

На апошнім месцы вялікай штогадовай сустрэчы Амерыканскага астранамічнага таварыства ніколі не было лепшага часу, каб пагаварыць пра будучыню навукі.

Вялікі кластар галактык Abell 2744 і яго гравітацыйнае ўздзеянне лінзаў на фонавыя галактыкі, што адпавядае тэорыі Эйнштэйна аб агульнай адноснасці, расцягвае і павялічвае святло з далёкага Сусвету, дазваляючы бачыць самыя далёкія аб'екты з усіх.

Спатрэбяцца ўсеагульныя намаганні, каб дабрацца да таго, дзе мы знаходзімся. Тэлескопы, абсерваторыі, паскаральнікі часціц, дэтэктары нейтрына і эксперыменты з гравітацыйнымі хвалямі можна знайсці ва ўсім свеце, на ўсіх сямі кантынентах і нават у космасе. Ад IceCube на Паўднёвым полюсе да Хабла, Гершэля і Кеплера ў космасе, ад LIGO і Дзевы, якія шукаюць гравітацыйныя хвалі да LHC у ЦЕРН, мы зрабілі адкрыцці дзякуючы тысячам навукоўцаў, інжынераў, студэнтаў і грамадзян якія нястомна працуюць над раскрыццём таямніц Сусвету. Улічваючы ўсё, што мы даведаліся, важна памятаць пра тое, наколькі далёка мы дасягнулі: у Сусвеце мы разумеем лепш, чым любы чалавек папярэдняга пакалення, ад Ньютана да Эйнштэйна да Фейнмана. Зараз давайце паглядзім наперад на тое, што далей.

Унутры мадэрнізацыі магніта на LHC ён працуе амаль у два разы больш энергіі першага (2010–2013) прабегу. Будучае павышэнне энергіі і свяцільнасці (колькасць сутыкненняў у секунду) прывядзе да яшчэ большай колькасці дадзеных.

Фізіка часціц: За апошнія некалькі гадоў мы выявілі, што бозон Хігаса, масіўнасць нейтрына і прамое парушэнне часу. LHC у ЦЕРН у самым разгары, сабраўшы больш дадзеных пры высокіх энергіях, чым у кожным папярэднім эксперыменце разам. Між тым, IceCube і абсерваторыя Pierre Auger вымяраюць нейтрына, уключаючы высокаэнергетычныя і касмічныя нейтрына, як ніколі. Калі мы глядзім наперад, будучыя абсерваторыі нейтрына, такія як IceCube Gen2 (з дзесяцікратным аб'ёмам сутыкнення) і ANTARES (дзесяцімільённы дэтэктар марской вады), азначаюць, што мы збіраемся ў дзясяткі разоў павялічыць хуткасць перадачы дадзеных у гэтых эксперыментах і, магчыма, у канчатковым выніку убачыць нейтрына новых падзей звышновай ці зліцця нейтронных зорак.

Абсерваторыя IceCube, першая падобная абсерваторыя нейтрына, прызначана для назірання за гэтымі няўлоўнымі высокаэнергетычнымі часціцамі з-пад лёду Антарктыкі. Малюнак: Эмануэль Якабі, IceCube / NSF.

Важнасць мадэрнізацыі існуючых эксперыментаў таксама не варта пакідаць без увагі. LHC, у прыватнасці, сабраў толькі 2% дадзеных, якія плануецца сабраць на працягу жыцця. Між тым, калі мы глядзім наперад, патэнцыяльная пабудова новых эксперыментаў, такіх як Міжнародны лінейны калайдар, кальцавой пратонны калайдэр наступнага пакалення, ці нават (калі тэхналогія прыйдзе), можа прывесці нас да наступных межаў у фізіцы асноўных часціц. Гэта неверагодны час быць жывым.

Выгляд з вышыні гравітацыйна-хвалевага дэтэктара Панны, размешчаны ў Касцыне, недалёка ад Пізы (Італія). Дзева - гэта гіганцкі лазерны інтэрферометр Мікельсана са зброяй даўжынёй 3 км і дапаўняе двайны 4 км дэтэктары LIGO. Малюнак: Нікола Бальдачы / Супрацоўніцтва Дзевы.

Гравітацыйныя хвалі: Пасля дзесяцігоддзяў працы над мноствам кампанентаў эра гравітацыйнай хвалі астраноміі не толькі наступіла, але і тут засталася. Паглыбленыя абсерваторыі LIGO і Дзева да гэтага часу выявілі ў агульнай складанасці пяць зліццяў чорнай дзіркі і чорнай дзіркі і адно зліццё нейтроннай зоркі-нейтроннай зоркі, і, як яны праходзяць новую серыю мадэрнізацый, яны плануюць стаць яшчэ больш адчувальнымі. Гэта азначае, што сігналы меншай велічыні і больш аддаленыя зліцці павінны быць выяўлены пры наступным выхадзе ў Інтэрнэт. У бліжэйшыя гады японскі дэтэктар KAGRA і LIGO India таксама выйдуць у Інтэрнэт, што адкрые магчымасць яшчэ большай дакладнасці гравітацыйных вымярэнняў. Гравітацыйныя хвалі ад звышновых, пульсарных збояў, зліцця двайковага канала і нават зліцця нейтроннай зорка-чорнай дзіркі могуць знаходзіцца на гарызонце.

Уражанне мастака аб трох касмічных апаратах LISA паказвае, што рабізна ў космасе, створаная крыніцамі гравітацыйных хваль больш працяглага перыяду, павінна стварыць цікавае новае акно ў Сусвет. LISA была знятая НАСА шмат гадоў таму, і зараз яна будзе пабудавана Еўрапейскім касмічным агенцтвам з частковымі падтрымліваючымі ўкладамі NASA. Малюнак: EADS Astrium.

Але ёсць гравітацыйныя хвалі значна больш, чым проста LIGO! Касмічная антэна лазернага інтэрферометра (LISA) запусціцца ў 2030-х гадах, што дазваляе нам выяўляць гравітацыйныя хвалі з надмасавых чорных дзірак, а таксама аб'екты са значна ніжняй частатой. У адрозненне ад LIGO, сігналы LISA дазваляюць нам прадказаць, калі і дзе будуць адбывацца зліцці, што дазваляе нам атрымаць аптычныя тэлескопы да вялікай падзеі. Вымярэнні палярызацыі на фоне касмічнага мікрахвалевага выпрабавання паспрабуюць прамацаць рэшткі гравітацыйных хваль ад інфляцыі і любых іншых сігналаў гравітацыйных хваль, якія патрабуюць мільярдаў гадоў. Пры дапамозе пульсарнага масіву з масівамі, як ACTA і NanoGRAV, мы можам выяўляць аб'екты, якія займаюць арбіту гадоў і нават дзесяцігоддзяў. Гэта неверагодны час для гэтага новага класа навукі.

Ультра-глыбокае поле Хабла, якое змяшчае больш за 10 000 галактык, некаторыя з якіх згружаны і згрупаваны разам, - адзін з самых глыбокіх поглядаў на Сусвет, калі-небудзь зроблены, і прадэманстраваў велізарную частку Сусвету ад суседніх структур, для якіх шмат святла падарожнічала 13 мільярдаў гадоў да нас дайшлі. Мы толькі пачынаем. Малюнак: NASA, ESA і S. Beckwith (STScI) і HUDF Team.

Астраномія і астрафізіка: з чаго пачаць усё новае ў астраноміі? Як быццам нашы пастаянныя місіі былі недастаткова ўражлівымі: эксперыменты наземных, паветраных шароў і самалётаў пастаянна ўдасканальваліся новымі, больш магутнымі інструментамі, у нас таксама ёсць новыя місіі, накіраваныя ў космас і прыход у Інтэрнэт, якія абяцаюць рэвалюцыю. усё, што мы ведаем. Нядаўна запушчаныя місіі, такія як Swift, NuSTAR, NICER і CREAM, дадуць нам новае акно ва ўсім, ад энергетычных касмічных прамянёў да інтэр'ераў нейтронных зорак. Інструмент HIRMES, які плануецца вылецець на борт SOFIA ў наступным годзе, пакажа нам, як пра-зорныя дыскі ператвараюцца ў паўнавартасных зорак. І TESS, запушчаны ў канцы гэтага года, вызначыць планету памеру Зямлі, патэнцыйна заселеную планетамі вакол самых яркіх, бліжэйшых зорак на небе.

Нова зоркі Г. К. Персей, паказаны тут на рэнтгенаўскім (сінім), радыё (ружовым) і аптычным (жоўтым) кампазітах, - выдатны прыклад таго, што мы бачым, выкарыстоўваючы лепшыя тэлескопы сучаснага пакалення. Усе гэтыя даўжыні хваль, ад рэнтгена да радыё, павінны ў бліжэйшыя гады і дзесяцігоддзі значна палепшыцца. Крэдыт выявы: рэнтген: NASA / CXC / RIKEN / D.Takei і інш; Аптычныя: NASA / STScI; Радыё: NRAO / VLA.

Далей уніз па трубаправодзе IXPE будзе запушчаны ў 2020 годзе, што дазваляе нам вымяраць рэнтгенаўскія прамяні і іх палярызацыю, вучачы нас новай інфармацыі пра касмічныя рэнтгенаўскія прамяні і самыя масіўныя аб'екты (напрыклад, звышмасіўныя чорныя дзіркі) у Сусвеце. GUSTO, запуск паветранага шара звышдоўга над Антарктыдай, дазволіць нам вывучыць Млечны Шлях і міжзоркавую сераду, навучаючы нас пра ўсе этапы жыцця зорак, ад нараджэння да смерці. XARM і ATHENA рэвалюцыянізуюць рэнтгенаўскую астраномію ў цэлым, навучаючы нас фарміраванню структуры, адтокам галактычных цэнтраў і, магчыма, нават праліваюць святло на цёмную матэрыю. Між тым, EUCLID дасць нам шырокія палявыя вымярэнні далёкага Сусвету, дазваляючы нам бачыць тысячы далёкіх звышновых і дае нам найлепшыя абмежаванні цёмнай энергіі ўсіх часоў.

Жнівень 2013 г. Фрэска касмічнага тэлескопа Джэймса Уэбба. (Уражанне мастака.) Касмічны тэлескоп Джэймса Уэбба запусціць у 2019 годзе і стане нашай самай вялікай інфрачырвонай абсерваторыяй калі-небудзь, дэманструючы рэчы, якія мы ніколі не знойдзем. Малюнак: Northrop Grumman.

І гэта нават не пры ўпамінанні флагманскіх місій НАСА, такіх як касмічны тэлескоп Джэймса Уэбба, WFIRST або чатырох кандыдатаў у флагманскую місію НАСА 2030-х гадоў. Ад вызначэння, ці ёсць у патэнцыйна жылых светах атмасфера, да вымярэння іх змесціва (уключаючы біясігнатуры); ад вывучэння таго, якія будаўнічыя блокі жыцця прысутнічаюць у малекулярных аблоках, да пошуку самых далёкіх галактык; ад пошуку сапраўды некранутых зорак, якія вытвараюцца з газаў з Вялікага выбуху, да вывучэння таго, як зоркі фармуюцца і растуць, гэтыя місіі дадуць адказ на некаторыя з самых вялікіх філасофскіх пытанняў пра тое, адкуль узялася наша Сусвет і як гэта стала такім чынам.

Выгляд збоку завершанага ГМТ, як ён будзе выглядаць у корпусе тэлескопа. Ён зможа выявіць падобныя да Зямлі светы за 30 светлавых гадоў, а Юпітэру - шмат сотняў светлавых гадоў. Крэдыт на выявы: Гіганцкі тэлескоп Магелан - карпарацыя GMTO.

У той жа час у цяперашні час будуюцца рэвалюцыйныя наземныя тэлескопы і масівы. Шырокапольны тэлескоп вялікага сінаптычнага абследавання аб'яднае амбіцыі SDSS і Pan-STARRS і пашырыць іх з дапамогай тэлескопаў прыблізна ў 20 разоў. Квадратны кіламетровы масіў прыме радыёастраномію там, дзе яго ніколі раней не было, абяцаючы выявіць тысячы новых чорных дзірак і патэнцыйна знайсці неразведаныя крыніцы, пра якія мы нават не ведаем. Між тым, мы таксама будуем тэлескопы 30-метровага ўзроўню, такія як GMT і ELT, якія могуць сабраць у 100 разоў больш святла, чым можа Хаббл, з больш сучаснымі прыборамі і адаптыўнымі оптычнымі сістэмамі, чым усё, што існуе сёння. Сакрэты Сусвету будуць адкрыты для нас.

У працэнтах да федэральнага бюджэту інвестыцыі ў НАСА складаюць 58 гадоў; толькі пры 0,4% бюджэту, вы павінны вярнуцца ў 1959 годзе, каб знайсці год, калі мы ўклалі меншы адсотак у касмічнае агенцтва нашай краіны. Імідж-крэдыт: Упраўленне і бюджэт.

Гэта, вядома, толькі густ таго, што адбываецца. Кожнае навуковае поле і падполя мае свой уласны набор захапляльных эксперыментаў і прапаноў, і нават гэты спіс, прадстаўлены тут, далёкі ад усёабдымнага, нават не ўключаючы планетарныя навуковыя місіі. І ўсё гэта адбываецца, заўважце, бо бюджэт НАСА не павялічваецца і нават не паспявае за інфляцыяй. (Нацыянальны навуковы фонд адчувае падобныя цяжкасці.) Нягледзячы на ​​ўсё гэта, тысячы і тысячы людзей, якія працуюць над гэтымі місіямі - планаваць, распрацоўваць, будаваць і выконваць іх, а таксама аналізаваць вынікі - застаюцца такімі ж аптымістычнымі, як ніколі . Калі вы любіце даведацца самыя фундаментальныя ісціны пра Сусвет, у тым ліку такія пытанні:

  • З чаго складаецца Сусвет?
  • Як усё атрымалася такім чынам?
  • Ці ёсць жыццё ў іншым сусвеце?
  • І які канчатковы лёс усяго?

вы знойдзеце спосаб дасягнуць максімальна магчымай колькасці пры наяўнасці абмежаваных рэсурсаў.

Калі вы глядзіце ўсё далей і далей, вы таксама выглядаеце ўсё далей і далей у мінулае. Чым раней вы выязджаеце, тым гарачэй і шчыльней, а таксама менш развіваецца, Сусвет аказваецца. Частка, якую мы бачым, абмежаваная і абмежаваная. Але што з тым, што ляжыць далей? Малюнак: NASA / STScI / A. Feild (STScI).

Як распавёў Томас Зурбухен ад NASA пра цяперашнія і будучыя флагманскія місіі, такія як Хабл, Джэймс Уэбб, WFIRST і шмат іншага:

"Што мы даведаемся з гэтых флагманскіх місій, таму мы вывучаем Сусвет. Гэта цывілізацыйная навука ... Калі мы не зробім гэтага, мы не NASA ".

Гэта не толькі НАСА, але і нацыянальныя, і міжнародныя арганізацыі, якія працуюць разам, і дазваляюць нам адказваць на пытанні, якія мы нават не ведалі, каб задаць цэлае пакаленне. Пакуль раскрываюцца таямніцы Сусвету, яны ўзнікаюць больш глыбокія і прынцыповыя пытанні, якія тычацца нашага паходжання, складу і лёсу. Будучыня навукі не проста светлае; яна ўтвараецца ў існаванне перад нашымі вачыма. Ніколі не было лепшага часу, каб падзяліцца здзіўленнем, што проста існуючае ў гэты момант, маючы ўсе веды, якія мы атрымалі і гатовы адкрыць, можа прапанаваць.

Дасылайце пытанні, якія задаюць Ітана, на startwithabang па адрасе gmail dot com!

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан з'яўляецца аўтарам дзвюх кніг "За межамі Галактыкі" і "Трэкнологія: Навука пра зорны шлях" ад трыкутнікаў да "драйву".