การสำรวจทศวรรษดาราศาสตร์ฟิสิกส์แนะนำโปรแกรมกล้องโทรทรรศน์อวกาศเรือธง

วอชิงตัน — รายงานที่รอคอยมานานเกี่ยวกับอนาคตของการวิจัยฟิสิกส์ดาราศาสตร์แนะนำให้ NASA ดำเนินการตามหอสังเกตการณ์ชั้นนำหลายแห่ง โดยเริ่มจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดใหญ่ซึ่งมีมูลค่าประมาณ 11 พันล้านดอลลาร์ แต่จะไม่บินจนกว่าจะถึงต้นทศวรรษ 2040

พื้นที่ “เส้นทางสู่การค้นพบทางดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์สำหรับปี 2020” รายงานโดยการสำรวจทศวรรษดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่เผยแพร่โดย National Academies เมื่อวันที่ 4 พ.ย. รับรองกล้องโทรทรรศน์อวกาศในอนาคตซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการที่กว้างขึ้นซึ่งจะสนับสนุนการทำงานกับกล้องโทรทรรศน์อวกาศอินฟราเรดและเอ็กซ์เรย์ในภายหลัง

แทนที่จะพัฒนาภารกิจเหล่านี้อย่างอิสระ รายงานแนะนำให้ NASA จัดตั้งโครงการ Great Observatories Mission and Technology Maturation Program ซึ่งจะดูแลการศึกษาเบื้องต้นเกี่ยวกับภารกิจดาราศาสตร์ฟิสิกส์ "เรือธง" ขนาดใหญ่ ตลอดจนลงทุนในเทคโนโลยีที่จำเป็นในการเปิดใช้

“คณะกรรมการสำรวจคาดหวังว่ากระบวนการนี้จะส่งผลให้ต้นทุนและความเสี่ยงลดลง และเปิดใช้งานการเปิดตัวภารกิจเรือธงได้บ่อยขึ้น แม้ว่าจะต้องลงทุนล่วงหน้าอย่างมีนัยสำคัญมากขึ้นก่อนที่จะมีข้อเสนอแนะเกี่ยวกับการดำเนินงานในทศวรรษที่ผ่านมา” คณะกรรมการสรุปใน 600 หน้า รายงาน.

แนวทางดังกล่าว สมาชิกคนหนึ่งของคณะกรรมการขับเคลื่อนการสำรวจในทศวรรษหน้ากล่าวว่า อยู่บนพื้นฐานของการตระหนักว่าเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์จำนวนมากขยายออกไปไกลเกินกว่าขอบเขตเวลา 10 ปีแบบเดิมของการศึกษาวิจัย

Keivan Stassun จาก Vanderbilt University กล่าวในการให้สัมภาษณ์ว่า "เราได้รับมอบหมายและสนับสนุนจากหน่วยงานด้านเงินทุน ซึ่งรวมถึง NASA ให้คิดการใหญ่ กล้าหาญ มีความทะเยอทะยาน และระยะยาว" “เราถือเอาว่าหมายความว่าเราไม่ควรคิดเพียงเกี่ยวกับสิ่งที่สามารถทำได้ในระยะเวลา 10 ปี”

ภารกิจเรือธงชุดแรกที่จะเกิดขึ้นจากโปรแกรมใหม่นั้นคือกล้องโทรทรรศน์อวกาศที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหกเมตรที่ออกแบบมาสำหรับการสังเกตการณ์ที่ความยาวคลื่นอัลตราไวโอเลต ความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ และอินฟราเรด กล้องโทรทรรศน์ดังกล่าวจะเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจำแนกลักษณะของดาวเคราะห์นอกระบบที่อาจอาศัยอยู่ได้ แต่ก็สามารถนำมาใช้สำหรับการวิจัยทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์อื่นๆ ได้อย่างกว้างขวาง

แนวคิดที่อธิบายไว้ในรายงานนี้เป็นการประนีประนอมระหว่างแนวคิดภารกิจที่ได้รับทุนสนับสนุนจาก NASA สองโครงการที่ศึกษาในช่วงทศวรรษ หนึ่งเรียกว่า LUVOIR เสนอกล้องโทรทรรศน์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 8 ถึง 15 เมตรสำหรับการสังเกตอัลตราไวโอเลต ออปติคัล และอินฟราเรด อีกแห่งหนึ่งเรียกว่า Habitable Exoplanet Observatory หรือ HabEx เสนอกล้องโทรทรรศน์ที่มีความกว้าง 3.2 ถึง 4 เมตรซึ่งสามารถรวมเข้ากับยานอวกาศแยกต่างหากที่เรียกว่า starshade สำหรับการถ่ายภาพดาวเคราะห์นอกระบบโดยตรง

การสำรวจในช่วงทศวรรษสรุปว่า LUVOIR รุ่นแปดเมตร “ไม่น่าจะเปิดตัวก่อนช่วงปลายทศวรรษ 2040 หรือต้นปี 2050” และมีราคา 17 พันล้านดอลลาร์ แม้ว่า HabEx จะมีราคาไม่แพงนัก แต่ก็อาจขาด "การจัดทำสำมะโนดาวเคราะห์นอกระบบที่แข็งแกร่ง" ที่นักดาราศาสตร์ต้องการและความสามารถในการทำดาราศาสตร์ฟิสิกส์แบบอื่นอาจไม่คุ้มกับต้นทุน

แนวคิดขั้นสุดท้ายที่แนะนำโดยการสำรวจในทศวรรษที่ผ่านมาจะมีมูลค่าประมาณ 11 พันล้านดอลลาร์ ซึ่งคล้ายกับกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ หลังจากคำนวณอัตราเงินเฟ้อแล้ว การทำงานจะเริ่มในปลายทศวรรษนี้หลังจากทำงานมาหลายปีเพื่อทำให้แนวคิดภารกิจและเทคโนโลยีหลักบรรลุผล

รายงานแนะนำว่า ห้าปีหลังจากเริ่มต้นกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดใหญ่ใหม่ NASA เริ่มศึกษาภารกิจฟาร์อินฟราเรดและเอ็กซ์เรย์เรือธง โดยแต่ละรายการมีราคาประมาณ 3 พันล้านดอลลาร์ถึง 5 พันล้านดอลลาร์ แนวความคิดเหล่านี้คล้ายกับการศึกษาภารกิจอีกสองภารกิจที่ NASA ได้รับทุนสนับสนุนการสำรวจ Decadal, หอดูดาว Lynx X-Ray และกล้องโทรทรรศน์อวกาศ Origins

โพรบและกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน

นอกเหนือจากการสนับสนุนโครงการภารกิจหลักแล้ว การสำรวจในช่วงทศวรรษยังแนะนำให้ NASA ดำเนินการตามภารกิจ "การสอบสวน" ระดับกลาง ภารกิจดังกล่าวซึ่งมีมูลค่าสูงถึง 1.5 พันล้านดอลลาร์ต่อภารกิจและเปิดตัวหนึ่งครั้งในทศวรรษจะเติมเต็มช่องว่างระหว่างภารกิจเรือธงที่มีราคาแพงกว่าและภารกิจดาราศาสตร์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์ระดับ Explorer ที่มีขนาดเล็กกว่าที่ NASA เปิดตัวทุก ๆ สองสามปี มันจะคล้ายกับภารกิจแนวใหม่ในโครงการวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ของนาซ่า

NASA ซึ่งคาดว่าจะสนใจภารกิจระดับการสอบสวน ได้ทำการศึกษาแนวคิดเก้าประการ Decadal พบว่าต้นทุนเดิมที่ 1 พันล้านดอลลาร์สำหรับภารกิจการสอบสวนมีข้อ จำกัด เกินไปโดยมีเพียงหนึ่งในเก้าแนวคิดที่เหมาะสมกับต้นทุนนั้น การตั้งราคาสูงสุดไว้ที่ 2 พันล้านดอลลาร์จะป้องกันไม่ให้ NASA บินภารกิจดังกล่าวในอัตราที่ต้องการหนึ่งครั้งในทศวรรษ

Stassun กล่าวว่าภารกิจระดับโพรบเหล่านี้สามารถช่วยเติมช่องว่างในภารกิจเรือธงระหว่างกล้องโทรทรรศน์อวกาศโรมัน กำหนดเปิดตัวในปี 2027และกล้องโทรทรรศน์อวกาศขนาดใหญ่ที่คาดการณ์ไว้ไม่ช้าไปกว่าต้นทศวรรษ 2040 "พวกมันจะช่วยให้เรามีหอสังเกตการณ์อินฟราเรดหรือหอสังเกตการณ์เอ็กซ์เรย์ที่สำคัญ" เขากล่าว "ซึ่งเราสามารถปรับใช้ในช่วงเวลานั้นเพื่อให้แน่ใจว่าเรามีความสามารถแบบแพนโครมาติกเต็มรูปแบบ"

ในทางดาราศาสตร์ภาคพื้นดิน การสำรวจในทศวรรษแนะนำว่ามูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติให้ทุนสนับสนุนการพัฒนากล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มาก (ELTs) ที่เรียกว่ากล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มาก (ELTs) สองตัว) กล้องโทรทรรศน์ยักษ์มาเจลแลนในชิลี และกล้องโทรทรรศน์สามสิบเมตรที่เสนอให้กับฮาวาย หอดูดาวทั้งสองแห่งจะมีประสิทธิภาพมากกว่ากล้องโทรทรรศน์ที่มีอยู่ในปัจจุบันและเทียบได้กับกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากของยุโรปที่ถูกสร้างขึ้นในชิลี

ทั้งกล้องโทรทรรศน์ยักษ์มาเจลลันและกล้องโทรทรรศน์สามสิบเมตร ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจากองค์กรเอกชนและรัฐบาลอื่นๆ ได้กล่อมให้ได้รับการสนับสนุนจาก NSF เพื่อจัดหาเงินทุนที่จำเป็นในการทำให้หอดูดาวเสร็จสมบูรณ์ และเพื่อให้นักดาราศาสตร์สหรัฐเข้าถึงได้กว้างขึ้น รายงานแนะนำให้ NSF ลงทุนประมาณ 800 ล้านดอลลาร์ในกล้องโทรทรรศน์แต่ละตัวเพื่อแลกกับอย่างน้อย 25% ของเวลาในการสังเกต

งานเกี่ยวกับกล้องโทรทรรศน์สามสิบเมตรถูกขัดขวางโดยการดำเนินคดีและการประท้วงของชาวฮาวายพื้นเมือง ซึ่งไม่เห็นด้วยกับการสร้างกล้องโทรทรรศน์บนภูเขาเมานาเคอา ซึ่งเป็นภูเขาที่มีความสำคัญทางวัฒนธรรมสำหรับพวกเขา รายงานตั้งข้อสังเกตว่าการตัดสินใจใดๆ ในการลงทุนในกล้องโทรทรรศน์นั้นจำเป็นต้องเกิดขึ้นหลังจากการแก้ไขปัญหานั้น และถ้าเพียงหนึ่งในสองหอดูดาวที่พิสูจน์ได้ว่าเป็นไปได้ NSF ควรเพิ่มการลงทุนเพื่อให้ได้รับส่วนแบ่งของเวลากล้องโทรทรรศน์ที่มากขึ้น

ในด้านดาราศาสตร์วิทยุ รายงานดังกล่าวเรียกร้องให้ NSF เริ่มการศึกษาสำหรับ Next Generation Very Large Array ซึ่งเป็นหอดูดาววิทยุที่จะมาแทนที่ Very Large Array ในนิวเม็กซิโกในท้ายที่สุด การศึกษาเหล่านั้นจะสนับสนุนการก่อสร้างหอดูดาวมูลค่า 3.2 พันล้านดอลลาร์ที่เริ่มในช่วงปลายทศวรรษ

นอกจากการสนับสนุนหอสังเกตการณ์บนพื้นดินและอวกาศขนาดใหญ่แล้ว การสำรวจในช่วงทศวรรษยังเน้นย้ำถึงความจำเป็นในการลงทุนในสิ่งที่เรียกว่า "กิจกรรมพื้นฐาน" ตั้งแต่การสนับสนุนนักวิจัยระดับปฐมวัยไปจนถึงการระดมทุนด้วยวิธีการดำเนินงานที่ยั่งยืนมากขึ้น รายงานได้เน้นย้ำเป็นพิเศษในประเด็นเกี่ยวกับสถานะของอาชีพ เช่น วิธีรักษานักเรียนให้มากขึ้นเพื่อศึกษาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ต่อภัยคุกคามที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและกลุ่มดาวขนาดใหญ่จากดาวเทียม

จุดสำคัญที่อยู่เบื้องหลังคำแนะนำเหล่านั้น Stassun กล่าวว่า "การลงทุนซ้ำอย่างจริงจังในทุนมนุษย์" ในสาขานี้ เขากล่าวว่าการสนับสนุนนักวิจัยนั้นล้มเหลวในการลงทุนในหอดูดาวและยานอวกาศในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา

“ในการทำรายงานนี้ มันกระทบกับคณะกรรมการในวิธีที่สำคัญและมีสติมาก ที่สิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้ไม่ได้ประดิษฐ์และสร้างขึ้นเอง การค้นพบที่เกิดขึ้นกับพวกเขาไม่ได้เกิดขึ้นด้วยตัวเอง” เขากล่าว “เราจำเป็นต้องนำการลงทุนด้านทุนมนุษย์กลับคืนสู่สมดุลกับการลงทุนโครงสร้างพื้นฐาน”

ที่มา: https://spacenews.com/astrophysics-decadal-survey-recommends-a-program-of-flagship-space-telescopes/