Před třemi desetiletími jsme nevěděli, že exoplanety obíhají kolem jiných hvězd. Právě jsme začali mluvit o temné hmotě, ale zůstali jsme blaženě neznalí temné energie. Hubbleův vesmírný dalekohled byl stále na rýsovacím prkně a naše chápání životního cyklu hvězd, vývoje galaxií a historie vesmíru bylo nejisté.
Ale během posledních tří desetiletí jsme objevili tisíce exoplanet kolem jiných hvězd. Zmapovali jsme životní cyklus hvězd od jejich formování v krásných hvězdných porodnicích až po jejich někdy výbušnou smrt. Nahlédli jsme hluboko do historie vesmíru, což nám umožnilo vykreslit obrázek galaxií rostoucích z pouhých kousků do neuvěřitelných spirálních struktur, které dnes vidíme. Nyní věříme, že temná hmota dominuje základnímu rámci vesmíru, zatímco temná energie pohání jeho zrychlující se expanzi.
Míra růstu za poslední tři desetiletí byla dramatická. Abychom měli lepší přístup k tomu, co přinesou příští tři desetiletí, vypracovala NASA plán – dlouhodobou vizi budoucích misí – nezbytnou k tomu, abychom pokročili v našem chápání vesmíru.
V březnu 2013 poradní rada/vědecký výbor NASA shromáždil skupinu astronomů, kteří určovali cíle a záměry NASA na příštích 30 let. Konečným produktem je tento tzv cestovní mapa s oficiálním názvem „Trvalé výpravy, odvážné vize – astrofyzika NASA v příštích třech dekádách“.
Plán nejprve uvádí tři definující otázky, kterými by se NASA měla nadále zabývat:
- Jsme sami?
- Jak jsme se sem dostali?
— Jak funguje vesmír?
„Hledání odpovědí na tyto odvěké otázky je trvalou snahou lidstva,“ uvádí se v plánu. 'V nadcházejících desetiletích budou svědky obrovských kroků vpřed při hledání pozemských obyvatelných světů, v pochopení historie vzniku a evoluce hvězd a galaxií a ve vyzkoušení základní fyziky vesmíru.'
Aby bylo možné lépe odpovědět na tyto otázky, cestovní mapa definuje tři široké kategorie času: Near-Term Era, definovaná misemi, které právě létají nebo jsou plánované na nadcházející desetiletí, Formative Era, definovaná misemi, které jsou navrženy a postaveny v roce 20. léta 20. století a éra vizionářů definovaná pokročilými misemi pro 30. léta 20. století a dále.
Schéma následujících 30 let rozdělené do tří desetiletí napříč celým elektromagnetickým spektrem. Obrazový kredit: NASA 2014
Jsme sami?
Cílem Near-Term Era je vyvinout komplexní porozumění demografii planetárních systémů. Mise Kepler již poskytla nepřeberné množství informací o horkých planetách obíhajících blízko jejich mateřských hvězd. Mise WFIRST-AFTA — širokoúhlý infračervený průzkum plánovaný ke spuštění v roce 2024 — to doplní tím, že poskytne informace o studených a volně plujících planetách.
Cílem formativní éry je charakterizovat povrchy a atmosféry blízkých hvězd. To nám umožní posunout se za hranice charakterizace planet jako planet podobných Zemi co do hmotnosti a poloměru k tomu, aby byly skutečně podobné Zemi ve složení planet a atmosféry. Navrhovaná mise, která umožňuje kontrast velkých hvězd a planet, bude přímo měřit kyslík, vodní páru a další molekuly v atmosférách exoplanet podobných Zemi.
Cílem Visionary Era je vytvořit první rozlišené snímky planet podobných Zemi kolem jiných hvězd. Tým cestovní mapy doufá, že pomocí optických dalekohledů obíhajících stovky kilometrů od sebe identifikuje kontinenty a oceány na vzdálených světech.
Jak jsme se sem dostali?
Near-Term Era využije vesmírný dalekohled Jamese Webba k poskytnutí bezprecedentních pohledů na protohvězdy a hvězdokupy. Vyřeší blízké hvězdné porodnice a podívá se blíže na nejstarší galaxie.
Formativní éra bude sledovat původ planet, hvězd a galaxií napříč spektrem vlnových délek. Infračervený průzkumník bude rozlišovat protoplanetární disky, zatímco rentgenový průzkumník bude pozorovat zbytky supernov a sledovat, jak tyto neuvěřitelné exploze ovlivnily vývoj galaxií. Detektory gravitačních vln rozmotají komplikovaný tanec mezi galaxiemi a supermasivními černými dírami v jejich centrech.
Visionary Era bude nahlížet téměř 14 miliard let do minulosti, kdy ultrafialové fotony z první generace hvězd a černých děr zaplavily dostatek energie k uvolnění elektronů. Vesmírný dalekohled Jamese Webba poskytne mimořádný prostředek k lepšímu pozorování tohoto prahu.
Jak funguje vesmír?
Vesmír je plný extrémů. Podmínky vytvořené v prvních nanosekundách kosmického času a v blízkosti horizontů událostí černých děr nelze v laboratoři znovu vytvořit. Ale cílem blízké a formativní éry bude měřit vesmír s takovou přesností, aby vědci mohli zkoumat základní fyziku kosmické inflace a určit přesné mechanismy, které řídí dnešní zrychlující se expanzi.
Visionary Era může používat detektory gravitačních vln k detekci časoprostorových vln vytvořených během raných fází vesmíru nebo mapování stínu vrženého horizontem událostí černé díry.
Posledních 30 let ukázalo dramatický růst znalostí s nepředstavitelnými obraty. I s takto podrobným rámcem na příštích 30 let je pravděpodobné, že mnoho misí je v současné době za hranou současné představivosti. Nejzajímavější výsledky budou získány z otázek, které nás ještě ani nenapadlo položit.
A stejně jako u všech nedávných „cestovních map“, které různé divize v celé NASA představily, největší otázkou bude, zda budou k dispozici finanční prostředky na uskutečnění těchto misí.
Opět lze nalézt toto 110stránkové čtení tady .
Tým cestovní mapy tvoří Chryssa Kouveliotou (NASA/MSFC), Eric Agol (University of Washington), Natalie Batalha (NASA/Ames), Jacob Bean (University of Chicago), Misty Bentz (Georgia State University), Neil Cornish (Montana State University), Alan Dressler (Observatoře Carnegie Institution for Science), Scott Gaudi (Ohio State University), Olivier Guyon (University of Arizona/Subaru Telescope), Dieter Hartmann (Clemson University), Enectali Figueroa-Feliciano (MIT), Jason Kalirai (STScI/Johns Hopkins University), Michael Niemack (Cornell University), Feryal Ozel (University of Arizona), Christopher Reynolds (University of Maryland), Aki Roberge (NASA/GSFC), Kartik Sheth (National Radio Astronomy Observatory/University of Virginia), Amber Straughn (NASA/GSFC), David Weinberg (Ohio State University), Jonas Zmuidzinas (Caltech/JPL), Brad Peterson (Ohio State University) a Joan Centrella (ústředí NASA).
