Om belangrijke vragen over planetaire systemen te beantwoorden, zoals of ons zonnestelsel een zeldzaam fenomeen is of dat er leven bestaat op andere planeten dan de aarde, NASA zou een grote directe beeldvormingsmissie moeten leiden - een geavanceerde ruimtetelescoop - die in staat is om aardachtige exoplaneten te bestuderen die rond sterren draaien die vergelijkbaar zijn met de zon, zegt een nieuw door het congres verplicht rapport van de National Academies of Sciences, Engineering, en geneeskunde.

De studie van exoplaneten - planeten buiten ons zonnestelsel die rond een ster draaien - heeft het afgelopen decennium opmerkelijke ontdekkingen opgeleverd. Het rapport identificeert twee overkoepelende doelen op dit wetenschapsgebied:

• De vorming en evolutie van planetaire systemen als producten van stervorming begrijpen en de diversiteit van hun architecturen karakteriseren, samenstelling, en omgevingen.
• Genoeg te weten komen over exoplaneten om potentieel bewoonbare omgevingen te identificeren en te zoeken naar wetenschappelijk bewijs van leven op werelden die om andere sterren draaien.

Op basis van deze doelen de commissie die het rapport opstelde, ontdekte dat onze huidige kennis van het scala aan kenmerken van planeten buiten het zonnestelsel vrijwel onvolledig is. Een holistische benadering van het bestuderen van de bewoonbaarheid van exoplaneten, gebruik makend van zowel theorie als observaties, uiteindelijk zal moeten worden gezocht naar bewijs van leven in het verleden en heden elders in het universum.

Hoewel de commissie erkende dat het ontwikkelen van een directe beeldvormingscapaciteit grote financiële investeringen en een lange tijdschaal vereist om resultaten te zien, de inspanning zal de ontwikkeling van de wetenschappelijke gemeenschap en de technologische capaciteit bevorderen om ontelbare werelden te begrijpen. Om een ​​systeem te detecteren dat analoog is aan ons eigen aarde-zonsysteem, het rapport beveelt het gebruik van instrumenten aan die directe beeldvorming van een exoplaneet mogelijk maken door het licht te blokkeren dat wordt uitgestraald door de moedersterren, zoals een coronagraaf of sterrenschaduw.

In aanvulling, astronomie op de grond - mogelijk gemaakt door twee door de VS geleide telescopen - zal ook een cruciale rol spelen bij het bestuderen van planeetvorming en mogelijk terrestrische werelden, zegt het rapport. De toekomstige Giant Magellan-telescoop (GMT) en de voorgestelde Thirty Meter Telescope (TMT) zouden diepgaande vooruitgang mogelijk maken op het gebied van beeldvorming en spectroscopie - absorptie en emissie van licht - van hele planetaire systemen. Ze konden ook moleculaire zuurstof detecteren in gematigde terrestrische planeten in transit rond nabije en kleine sterren, zegt het rapport.

De commissie wees erop dat de technologische routekaart om het volledige potentieel van GMT en TMT in de studie van exoplaneten mogelijk te maken, investeringen behoeft, en moet gebruikmaken van het bestaande netwerk van Amerikaanse centra en laboratoria. Daartoe, het rapport beveelt de National Science Foundation aan om te investeren in zowel telescopen als hun instrumenten voor exoplaneten om de Amerikaanse gemeenschap toegang te geven tot de hele hemel.

Terwijl missies zoals het Kepler-ruimtevaartuig een opmerkelijke populatie planeten hebben gekenmerkt die relatief dicht bij hun sterren staan, onze kennis van werelden in de buitenste regionen van het heelal ontbreekt jammerlijk, aldus de commissie. Het rapport zegt EERST, de grote ruimtemissie die de hoogste prioriteit kreeg in het decenniumonderzoek van de Academies in 2010, twee uiterst waardevolle rollen spelen:ten eerste, het zal een onderzoek mogelijk maken van planeten die verder van hun sterren verwijderd zijn dan onderzocht door Kepler en andere missies. Tweede, het zal een grote directe beeldvormingsmissie mogelijk maken.

Hoewel de radiale snelheidsmethode - die de verschuiving van de ster meet terwijl deze om het zwaartepunt van het planetenstelsel draait - essentiële informatie over massa en baan zal blijven verschaffen, zijn metingen worden momenteel beperkt door variaties in het oppervlak van de ster en onvolmaakte kalibratie van de instrumenten, zegt het rapport. Nieuwe instrumenten geïnstalleerd op grote telescopen, substantiële toewijzing van observatietijd, en samenwerking tussen waarnemers en theoretici zijn enkele van de vereisten voor vooruitgang. Om deze methoden en faciliteiten te ontwikkelen voor het meten van de massa's van gematigde terrestrische planeten die rond zonachtige sterren draaien, NASA en NSF zouden een strategisch initiatief moeten opzetten in Extremely Precise Radial Velocities.

In aanvulling, NASA zou een mechanisme moeten creëren om systematisch gegevens te verzamelen over exoplaneetatmosferen vroeg in de James Webb Space Telescope-missie. De commissie adviseerde ook voort te bouwen op het model van NASA's interdisciplinaire samenwerkingsinitiatief - Nexus voor Exoplanet Science System - door een sectoroverschrijdende onderzoeksinspanning te ondersteunen die voorstellen voor interdisciplinair onderzoek uitnodigt.

De commissie riep NASA op om een ​​robuust programma voor individuele onderzoekers te ondersteunen dat subsidies omvat voor theoretische, laboratorium, en grondgebonden telescopisch onderzoek om de wetenschappelijke opbrengst van exoplaneetmissies volledig te realiseren. Het rapport erkent ook dat er discriminatie en intimidatie bestaan ​​onder de wetenschappelijke beroepsbevolking en dat dit van invloed kan zijn op de onderzoeksgemeenschap van exoplaneten, barrières vormen voor de deelname van mensen uit bepaalde demografische groepen. Om het wetenschappelijk potentieel en de mogelijkheden voor excellentie te maximaliseren, instellingen en organisaties moeten concrete stappen ondernemen om discriminatie en intimidatie uit te bannen en wetenschappers uit ondervertegenwoordigde groepen proactief te werven en te behouden.