Artykuł ten został pierwotnie opublikowany pod adresem Rozmowa. Publikacja przyczyniła się do powstania artykułu na stronie Space.com Głosy ekspertów: op-ed i spostrzeżenia.
Po serii dramatycznych niepowodzeń, ogromna rakieta Starship z SpaceX miał w pełni udany test 13 października 2025 r. Jeszcze kilka lotów testowych i SpaceX planuje wynieść go na orbitę.
Chociaż te udane loty są ekscytującą wiadomością dla przyszłych misji na Księżyc i inne planety, ja tak kłócił się przez kilka lat te superciężkie rakiety nośne może również zwiększyć badania w mojej specjalności, astronomia – badanie gwiazd i galaktyk znacznie od nas oddalonych układ słoneczny – na nowe wyżyny.
Biorąc szerokie spojrzenie
Dlaczego to mówię? Astronomia potrzebuje przestrzeni. Wydostanie się ponad atmosferę pozwala teleskopom wykryć znacznie więcej widma elektromagnetycznego niż samo światło widzialne. Na tych wysokościach teleskopy mogą wykrywać światło o znacznie dłuższych i krótszych długościach fal, które w przeciwnym razie byłoby przez nie blokowane Atmosfera ziemska.
Aby zrozumieć, jak wzbogaciło to astronomię, wyobraź sobie, że słuchasz kogoś grającego na pianinie, ale tylko w jednej oktawie. Muzyka brzmiałaby znacznie bogatszy, gdyby zastosowano pełną klawiaturę.
Mając na uwadze szersze widmo, astronomowie mogą zobaczyć na niebie obiekty znacznie zimniejsze od gwiazd, ale także obiekty znacznie gorętsze.
O ile chłodniej i cieplej? Najgorętsze gwiazdy, które można zobaczyć w świetle widzialnym, są około 10 razy gorętsze od najchłodniejszych. W całym widmie od podczerwieni do promieniowania rentgenowskiego widoczne temperatury mogą być 1000 razy niższe lub 1000 razy wyższe niż w przypadku zwykłych gwiazd.
Naukowcy przez prawie 50 lat mieli dostęp do pełnego spektrum światła dzięki zestawom coraz potężniejszych teleskopów. Niestety, ten dostęp również wiąże się z coraz większymi kosztami. Najnowszy teleskop jest spektakularny Kosmiczny Teleskop Jamesa Webbaktóry kosztuje około 10 miliardów dolarów i wykrywa część widma w podczerwieni. Za tak zaporową cenę NASA nie może sobie pozwolić na dorównanie Webbowi w całym spektrum, budując swojego rodzeństwa w pełni wykorzystującego promieniowanie podczerwone i rentgenowskie.
Nawet na jeszcze jednego będziemy musieli długo poczekać. Przewidywany termin uruchomienia kolejnego „Wielkiego Obserwatorium” to odległy rok 2045 i może być później. Zakres dźwięków, jakie astronomowie mogą odtwarzać, będzie się zmniejszał, podobnie jak nasze poglądy na wszechświat.
Ucieczka z pułapki za pomocą pojazdów o dużym udźwigu
Te nowe rakiety dają nam szansę na ucieczkę z tej pułapki. Za tę samą cenę mogą wysłać ok 10 razy większa masa na orbitę, a ich korpusy są około dwukrotnie szersze w porównaniu z rakietami używanymi od dziesięcioleci.
Masa ma znaczenie, ponieważ teleskopy zawierają ciężkie zwierciadła, a większe lustro, tym lepiej oni pracują. Na przykład zbudowanie dużego lustra Webba oznaczało znalezienie sposobu na wykonanie doskonałego lustra, które byłoby 10 razy lżejsze na metr kwadratowy niż i tak już lekkie lustro Hubble’a. Inżynierowie znaleźli rozwiązanie, które było technicznie atrakcyjne, ale kosztowne finansowo.
Podobnie rozmiar korpusu rakiety ma znaczenie, ponieważ aby zmieścić lustro Webba o średnicy 21 stóp (6,5 metra) w korpusie rakiety o średnicy 13 stóp (4 metry), rakiety Ariane V, musiało się złożyć w górę jak origami do startu. Zwykle misje kosmiczne starają się unikać ruchomych części, ale w przypadku Webba nie miały wyboru.
Ponownie wynik był triumfem technicznym, ale wprowadzono złożoność ponad 300 miejsc gdzie jeden błąd mógł zakończyć misję. Prawdopodobieństwo niepowodzenia w każdej z ponad 300 lokalizacji musiało być 300 razy mniejsze, niż gdyby istniała tylko jedna, co zwiększało wymagania dotyczące projektowania, produkcji i testowania, a także zwiększało koszty.
Im większy, szerszy Statek kosmiczny i rakiety New Glenn oznaczają, że zbudowanie dzisiejszego teleskopu kosmicznego na wzór Webba mogłoby się odbyć bez składania i rozkładania przypominającego origami i związanego z tym ryzyka, a zatem byłoby znacznie tańsze.
Nowe pomysły
Z tej szansy korzystają co najmniej trzy zespoły. Po pierwsze, proponowany teleskop głębokiej podczerwieni zwane Początkami skorzystałby z superciężkiej windy. Naukowcy z Caltech badają potencjalną mniejszą wersję zwana Primą.
Po drugie, teleskop rentgenowski, który może robić zdjęcia tak ostre jak Webb – z odpowiednią czułością – prawdopodobnie wykorzystywałby grubsze i cięższe zwierciadła niż sobie wyobrazić zaledwie kilka lat temu.
Po trzecie, badanie opublikowane w 2025 r proponuje radioteleskop o bardzo niskiej częstotliwościGO-LoW, który również wykorzystuje większą masę. GO-LoW miałby składać się ze 100 000 maleńkich teleskopów, co oznaczałoby oszczędności w produkcji masowej.
Wszystkie trzy teleskopy byłyby z łatwością 100 razy czulsze od swoich poprzedników i co najmniej porównywalne z Webbem w swoich własnych pasmach widma.
Idealnie byłoby, gdyby inżynierowie mogli obniżyć koszty tych teleskopów o połowę w porównaniu z kosztami dużego obserwatorium, takiego jak Webb. Następnie za tę samą cenę NASA mogłaby zbudować dwa nowe Wielkie Obserwatoria, zamiast rezygnować z budowy jednego. Gdyby udało się obniżyć koszty do jednej trzeciej, mógłby potencjalnie latać zestawem obejmującym całe spektrum.
Duże wyzwania, duża nagroda
Oczywiście wiele może pójść nie tak. Po pierwsze, rakiety te mogą nie działać zgodnie z reklamą, zarówno pod względem możliwości, jak i kosztów. Mimo to inwestycja w kilka studiów początkowych nie będzie kosztować dużo i prawdopodobnie przyniesie duży zysk.
Po drugie, niczym poeta Goethe na łożu śmierci, my, astronomowie, zawsze będziemy poproś o „więcej światła”..” Ale jeśli zażądamy jeszcze większych i bardziej złożonych teleskopów niż i tak już niesamowite Wielkie Obserwatoria rekomendowane przez National Academies 2020 Astronomy Surveywtedy przywrócimy wszystkie kosztowne problemy, z którymi borykali się projektanci Webba.
Agencje kosmiczne stoją przed wyzwaniem, jakim jest utrzymanie niekończących się pragnień astronomów pod ścisłą kontrolą – na pierwszym miejscu musi znajdować się budowanie według kosztów.
Jeśli jednak agencje zdołają zapobiec zbyt astronomicznym ambicjom astronomów, jednocześnie w pełni wykorzystując nową przestrzeń projektową, jaką otwierają superciężkie rakiety nośne, wówczas nasze zrozumienie Wszechświata może przekroczyć wszelkie wyobrażenia w ciągu mniej więcej dekady.
