Komende missies

[heerlen1987]

Dag allen,
 
Ik lees regelmatig interessante missies die in de nabije toekomst (zeg tot 20 jaar) op de planning staan, bijvoorbeeld het project 'Starshot', dat o.a. gesteund wordt door Hawking. Ook las ik een tijd geleden plannen over een missie naar Europa (maan Jupiter). Op dit forum las ik  dat ze bezig zijn met een nieuwe telescoop te bouwen om nog dieper het heelal in te kijken. Hoe serieus moeten we deze plannen nemen? En welke serieuze missies staan nog meer op de planning binnen aanzienlijke tijd? En is één van deze missies kanshebber om ons meer te vertellen over het begin van het heelal?
 
 

[Michel Uphoff]

Het Starshot project neem ik vooralsnog niet al te serieus, althans daar waar het gaat om het werkelijk realiseren van zo'n missie binnen zeg eens een paar decennia. In dit topic meer over dit plan.

 

De James Webb telescoop daarentegen is in een vergevorderd stadium en wordt over 2,5 jaar gelanceerd, die is de planfase al lang voorbij en wordt nu in elkaar gezet. De verwachting is dat de Webb ons meer inzicht gaat geven in het zeer vroege heelal zoals de geboorte van de eerste sterren en sterrenstelsels. De Webb zal, omdat hij in het infrarode bereik kijkt, tot ongeveer honderd miljoen jaar na de oerknal terug kunnen kijken (z=30, 13,5 miljard jaar geleden). Meer informatie over deze 'supertelescoop' (en de andere, de E-elt) vind je hier.

 

De missie naar Europa is in de ontwerpfase. De haalbaarheid is onderzocht, het groene licht voor het ontwerpen is gegeven en de instrumenten zijn uitgekozen. Geplande lanceerdatum ergens medio de 20er jaren. Deze missie zal vooral gericht zijn op diepergaand onderzoek naar deze maan van Jupiter, die geacht wordt een oceaan met vloeibaar water onder de ijskorst te hebben, en vloeibaar water is een van de basisvoorwaarden voor leven zoals wij dat kennen.

 

Een andere interessante missie is eLisa. eLisa staat voor evolved Laser Interferometer Space Antenna.

eLisa zal bestaan uit drie satellieten in een baan om de Zon op een onderlinge afstand van een miljoen kilometer. De afstand tussen de satellieten zal met ongekende precisie worden gemeten; afwijkingen ter grootte van een enkel helium atoom over de afstand van 1 miljoen kilometer.
Ligo op Aarde heeft grote beperkingen, niet alleen zijn de armen slechts 3 km lang, maar op Aarde zijn er heel veel storingsbronnen die een extreem precieze meting van zwaartekrachtgolven in de weg staan. Het 'frequentiebereik' van Ligo is daardoor nogal beperkt (ongeveer 10 tot 1000 Hz).

eLisa in de ruimte, ver verwijderd van alle aardse storingen kent deze beperkingen niet, en wordt in staat geacht de zwaartekrachtgolven te meten die ontstaan als twee superzware zwarte gaten in een sterrenstelsel fuseren (frequenties van ongeveer een millihertz). eLisa kan ons veel meer leren over het ontstaan van sterrenstelsels en het heelal. Alle telescopen tot op heden moeten doen met de informatie uit het elektromagnetisch spectrum (radio, radar, infrarood, licht, ultraviolet, röntgen en gammastraling) en worden dus beperkt door gas- en stofwolken en de 'muur' van de kosmische achtergrondstraling op 380.000 jaar na de oerknal. Zwaartekrachtgolven hebben hier geen last van, en dus is het in theorie mogelijk om met extreem gevoelige zwaartekrachtgolfmetingen 'achter' de kosmische achtergrondstraling te 'luisteren' naar gebeurtenissen tot een seconde of zo na de oerknal.

 

Een paar dagen geleden is door de Lisa Pathfinder, een Europese satelliet, het proof of concept geleverd voor de haalbaarheid van de eLisa missie. Deze satelliet heeft aangetoond dat de extreme nauwkeurigheid die voor de eLisa missie nodig is ook echt gehaald kan worden, en meer dan dat, want de resultaten waren veel beter dan verwacht. eLisa zou in de dertiger jaren worden gelanceerd, maar de recente ontdekking van zwaartekrachtgolven door Ligo (zie dit topic) en de  prima resultaten van de Lisa Pathfinder zullen er mogelijk voor zorgen dat dit project naar voren wordt gehaald.
 
En verder is er natuurlijk Gaia, de hemelscanner (zie dit topic). Die satelliet draait al 2,5 jaar haar baantjes en meet stelselmatig de gegevens van ongeveer 1 miljard sterren. Over enkele jaren zullen er uit de gigantische database van metingen ongetwijfeld spannende nieuwe zaken aan het licht komen. Het 'verlanglijstje' van verwachtte Gaia ontdekkingen is lang en indrukwekkend, in dit bericht een opsomming.
 
Dit lijstje is lang niet compleet, het is een beperkte greep uit naar mijn mening belangwekkende missies.

[heerlen1987]

Het Starshot project neem ik vooralsnog niet al te serieus, althans daar waar het gaat om het werkelijk realiseren van zo'n missie binnen zeg eens een paar decennia. In dit topic meer over dit plan.

 
Jammer, het Starshot project vond ik ontzettend interessant toen ik het eerst erover las. Helaas zelf niet genoeg kennis van zaken om tot de perikelen te komen die jij in dat topic omschrijft. Ik vertrouwde op de kennis van de breinen erachter. 
Je linkt in dat topic door naar de reacties van de bedenkers als "uitdagingen". Echter, als ik de onmogelijkheden lees die je omschrijft is die reactie toch ronduit naïef te noemen voor dit kaliber wetenschappers, nietwaar?
Jammer wel, want mijn hoop dat ik in mijn leven nog beeldend zou zien van een andere zonnestelsel leek dichterbij te komen...
 
Overigens noem je een botsing met ruimtestof een probleem wat mijn gedachte deed afdwalen naar het volgende: Als ik op een motor zit voelt een botsing met een vlieg anders dan wanneer de vlieg bij stilstand tegen mij aan komt. Hoe zou deze botsing (hypothetisch) voelen als ik met 60.000 km/s zou bewegen?
 
Ook lees ik in jouw reactie dat er wel degelijk missies zijn die ons dichter bij de brandende vraag brengen wat er tijdens of vlak na de oerknal gebeurde. Leeft er eigenlijk binnen de wetenschap een "prioriteit" of "gemeenschappelijke droom" wat betreft onderzoek? Ik bedoel, wat is de meest brandende vraag voor de meeste wetenschappers? ligt de focus vooral bij the big bang, of informatie over andere (exo-) planeten? Of is dit een vraag die niet te beantwoorden is? Ik kan me immers voorstellen dat duidelijkheid over the big bang of exoplaneten dusdanig ver weg is dat dit voorlopig bij dromen blijft, toch?

[Michel Uphoff]

Hoe zou deze botsing (hypothetisch) voelen als ik met 60.000 km/s zou bewegen?

 
Klassiek is de energie van een bewegend voorwerp 0,5mv², en bij relativistische snelheden mc².(γ-1).
 
Nemen we de massa van een bromvlieg op 20 milligram, dan komt daar klassiek 0,00002 kg * (60.000.000 m/s)² = 36.000.000.000 kgm²/s², oftewel 36 gigajoule aan kinetische energie uit. Relativistisch is dat iets meer; 37,17 gigajoule.
37 GJ is een enorme energie, en komt overeen met de bewegingsenergie van de grootste, tot het maximumgewicht geladen, Boeing 747 die 1040 km/h vliegt.
Een stukje ruimtepuin met een massa van een bromvlieg is echter zeldzaam, maar ook veel kleinere deeltjes zijn dus al desastreus bij een botsing met zulke fantastische snelheden.
 
Het Starshot initiatief houdt rekening met gemiddeld 1000 botsingen met stofdeeltjes van een micron diameter of wat groter per vierkante centimeter. Gaan we van 1 micron uit en een dichtheid van zo'n stofdeeltje van 3 kg/dm³ dan is de massa van zo'n minuscuul stofje te schatten op 3^-15 kg en de botsingsenergie op ongeveer 10,5 J. Dat is de energie van zo'n loden luchtbukskogeltje. 
Hoe een zeiltje met een dikte van een paar honderdsten van een millimeter en een sonde van een paar gram 1000 van zulke inslagen per vierkante centimeter overleeft is dan de vraag, maar ook hier is men m.i. nog veel te optimistisch. De gemiddelde grootte van de stofdeeltjes in het zonnestelsel is 10 tot 100 micron, wat de inslagen dan minimaal duizend keer zo energiek maakt. Dat komt overeen met de impact van een high power sluipschutterswapen of nog veel meer.
 

is die reactie toch ronduit naïef te noemen voor dit kaliber wetenschappers

 
Op zich vind ik het mooi dat er mensen zijn die grensverleggende ideeën opperen, en onderzoek willen doen naar wat nu nog duidelijk buiten ons bereik ligt. Mogelijk vindt men een oplossing voor een paar van de door mij geschetste problemen, maar ik denk niet dat het idee zoals nu geopperd ooit haalbaar wordt.
Dat vindt Hawking waarschijnlijk ook, en doet hij mee omdat hij op een aantal wetenschappelijke/technische doorbraken hoopt. En echt vies van publiciteit is hij ook niet. 
De technische vereisten liggen in ieder geval op veel gebieden een paar ordes van grootte boven wat wij op dit moment aankunnen, en een paar van die grenzen slechten zou al een mooi resultaat zijn. Wie weet waar een van die nu nog onbekende doorbraken dan toe gaat leiden.
 
Wat de meest brandende vragen in het wetenschapsgebied van de astronomie zijn?
Ik denk (en daarmee gaat het heel wat verder dan dit vakgebied): "Hoe begon alles, en zijn wij alleen?"
Wat meer praktisch zijn het (exo)planeet onderzoek, de observationele mogelijkheden die zwaartekrachtgolven bieden, de queeste naar donkere energie en -materie 'hot' in (onder meer) de astronomie.

[heerlen1987]

Nou toch even over die vlieg dan... volgens de berekeningen is de impact te vergelijken met een boeing 747 op topsnelheid. Maar kun je dat zo stellen? Voelt die vlieg dan ook echt als die Boeing 747? Spat die vlieg niet net zo hard uit elkaar als dat ik er met de motor tegenaan vlieg? Met andere woorden: Doet het echt even veel "pijn" als de Boeing (bij wijze van)
 
Hoe groot achten wetenschappers de kans dat we binnen pakweg 20 jaar, 100% zekerheid hebben over één van de aspecten: Hoe begon het, en zijn we alleen?

[Michel Uphoff]

Doet het echt even veel "pijn" als de Boeing (bij wijze van)

 
Er komt bij de botsingen evenveel energie vrij. Ruim meer dan voldoende om de vlieg en de sonde instantaan te te laten verdampen, waarna de geïoniseerde withete expanderende interstellaire gaswolkjes van de vlieg en de sonde hun weg met nog steeds zeer grote onderlinge snelheid vervolgen.
 

Hoe groot achten wetenschappers de kans dat we binnen pakweg 20 jaar, 100% zekerheid hebben over één van de aspecten: Hoe begon het, en zijn we alleen?

 
Harde uitspraken in de zin van procenten kans zijn niet te leveren. Over het eerste ben ik zeer terughoudend, en vraag mij af of we het ooit wel echt zullen weten. Over het tweede hoopvol. Ik zou het als een enorm cadeau beschouwen mee te mogen maken dat er elders in de kosmos leven gevonden wordt, hoe bescheiden dat dan ook mag zijn. De kans op zo'n ontdekking in de komende decennia is m.i. heel reëel. 

[heerlen1987]

Harde uitspraken in de zin van procenten kans zijn niet te leveren. Over het eerste ben ik zeer terughoudend, en vraag mij af of we het ooit wel echt zullen weten. Over het tweede hoopvol. Ik zou het als een enorm cadeau beschouwen mee te mogen maken dat er elders in de kosmos leven gevonden wordt, hoe bescheiden dat dan ook mag zijn. De kans op zo'n ontdekking in de komende decennia is m.i. heel reëel. 

Wat is het argument om terughoudend te zijn naar de ontdekking van het begin van "alles" ? Denk je niet dat als er een manier gevonden is om tot enkele miljoenen jaren na de bigbang terug te kijken, we ook spoedig een manier vinden om tot enkele seconden/minuten na de bigbang terug kunnen kijken? En van daaruit misschien anticiperen wat op het moment zelf precies gebeurd is? Een vraag waar ik zelf altijd bij vasthang is, wat was er dan voor de big bang... en ik vrees dat ik daar nooit antwoord op ga krijgen!
 
Ook zeg je dat de kans op ontdekking van leven elders in de kosmos volgens jou reëel is. Hoe denk je dat deze ontdekking kan plaatsvinden? Het starshot project zou toch de eerste serieuze poging zijn, of zijn er andere manieren om duidelijke info te krijgen van leven ergens? Of doel je ook op niet intelligent leven zoals bacteriën of micro organisme? Deze laatste zou ik namelijk wat minder interessant vinden. We dwalen wel af van het topic zo

[Michel Uphoff]

En van daaruit misschien anticiperen wat op het moment zelf precies gebeurd is?

 
En daar zit de crux. De oerknaltheorie biedt een model dat de ontwikkeling van het heelal zeer kort (fracties van fracties van een seconde) na de oerknal vrij nauwkeurig en bevredigend beschrijft, maar zegt helemaal niets over de knal zelf. Wat er knalde, hoe het knalde, waarom het knalde, dat blijft een groot raadsel waarbij onze wis- en natuurkunde vooralsnog stuk lopen op nullen en oneindigheden. Dichter bij het begin komen is prima, maar verwachten dat je daarmee goed zicht op de start van alles krijgt is waarschijnlijk een illusie.
 

Het starshot project zou toch de eerste serieuze poging zijn

 
Ik vind die poging dus niet serieus. Het zou ook wel een ongelofelijk toeval zijn als we rond juist de meest nabije ster leven zouden aantreffen. Als we daar al zouden kunnen komen, waarnemen en de data terug op Aarde kunnen krijgen, wat op de voorgestelde manier vrijwel zeker niet gaat lukken.
 

Of doel je ook op niet intelligent leven zoals bacteriën of micro organisme?

 
Ja, daar doel ik met name op. Voor mij is het vinden van leven elders, ongeacht het ontwikkelingsstadium, de grootste ontdekking in de menselijke geschiedenis.