Voyage 2050 steekt van wal: ESA selecteert thema's voor toekomstige wetenschappelijke missies

"De selectie van de Voyage 2050-thema's is een cruciaal moment voor het wetenschapsprogramma van ESA en voor de toekomstige generatie ruimte-onderzoekers en -ingenieurs", zegt Günther Hasinger, directeur wetenschap bij ESA.

“Terwijl Cosmic Vision vorm krijgt, met heldere plannen voor onze missies tot midden jaren 2030, moeten we ook beginnen met plannen voor de wetenschap en technologie die nodig zijn voor missies die we over tientallen jaren willen lanceren. Daarom definiëren we vandaag al in grote lijnen de wetenschappelijke thema's van het Voyage 2050-plan.”

In maart 2019 werd een oproep gelanceerd voor voorstellen voor Voyage 2050. Die leverde bijna 100 uiteenlopende en ambitieuze ideeën op, die vervolgens werden uitgesplitst in een aantal wetenschappelijke thema's. Thematische teams, met veel startende en jonge wetenschappers uit een breed scala van expertisegebieden in ruimteonderzoek, voerden een eerste beoordeling uit en rapporteerden hun bevindingen aan een senior wetenschappelijk comité. 

Dit comité kreeg van de directeur drie opdrachten. De eerste was om wetenschappelijke thema's aan te bevelen voor de volgende drie grote missies na de Jupiter Icy Moons Explorer, Athena en LISA. Daarnaast diende het comité ook mogelijke thema's voor toekomstige middelgrote missies te identificeren. Tenslotte werd gevraagd om aanbevelingen te formuleren over interessante domeinen voor technologische ontwikkeling voor na Voyage 2050. Over de wetenschappelijke thema's werd beslist door ESA's Science Programme Committee tijdens een vergadering op 10 juni 2021. De specifieke missies zelf zullen te gelegener tijd worden geselecteerd, wanneer ESA individuele oproepen tot het indienen van missievoorstellen lanceert.

"Het Voyage 2050-plan is het resultaat van een grote inspanning van de wetenschappelijke gemeenschap, van de thematische teams en van het senior comité. Samen droegen ze bij aan een levendig en productief debat, met dit uitstekende voorstel als resultaat," zegt Fabio Favata, hoofd van het Bureau Strategie, Planning en Coördinatie. “Voyage 2050 steekt van wal en zal ervoor zorgen dat Europa de komende decennia in de voorhoede van de ruimteonderzoek blijft.”

Missiethema's

De belangrijkste drie prioriteiten voor toekomstige grootschalige missies zijn de volgende:

Manen van de gasreuzen

Onderzoek naar de bewoonbaarheid (dat wil zeggen, de kans dat er leven mogelijk is) van de werelden in ons Zonnestelsel is essentieel om het ontstaan van het leven te begrijpen, en is van bijzonder belang bij het zoeken naar Aardse planeten buiten ons Zonnestelsel. Een toekomstige missie naar het de buitenste regionen van het Zonnestelsel zou kunnen voortbouwen op de erfenis van de internationale Cassini-Huygens-missie naar Saturnus en ESA's aanstaande Jupiter Icy Moons Explorer. Zo zou ze met geavanceerde instrumenten de connectie tussen de de binnenkant van manen met vloeibare oceanen en het milieu vlak bij hun oppervlak kunnen bestuderen, en ook proberen te zoeken naar mogelijke biosignaturen. Een in-situ-onderdeel, zoals een lander of een drone, kan deel uitmaken van het missieprofiel.

Van gematigde exoplaneten tot de Melkweg

Onze Melkweg bestaat uit honderden miljoenen sterren en planeten en donkere en interstellaire materie, maar ons begrip van dit ecosysteem, nochtans een belangrijke stap om de werking van sterrenstelsels in het algemeen te begrijpen, is beperkt. Een gedetailleerd begrip van hoe onze Melkweg zich gevormd heeft, inclusief de "verborgen gebieden", is essentieel om sterrenstelsels in het algemeen te kunnen begrijpen. Tegelijkertijd zou men gematigde exoplaneten in het midden-infrarood kunnen karakteriseren door middel van een eerste analyse van het spectrum van de directe thermische emissies door exoplaneetatmosferen. Dit zou een grote doorbraak betekenen om beter te begrijpen of er aan het oppervlak werkelijk een bewoonbaar klimaat heerst. 

Exoplaneten krijgen in het algemeen een hoge wetenschappelijke prioriteit. Zo wordt Europa's leiderschap op het gebied van exoplaneten bestendigd, ook na de levensduur van Cheops, Plato en Ariel. Tussen een studie van de minder toegankelijke gebieden van onze Melkweg en de studie van gematigde exoplaneten moet een weloverwogen keuze worden gemaakt. Het is belangrijk dat men de geïnteresseerde wetenschappelijke gemeenschap hierbij betrekt, om de kans op succes en de haalbaarheid te beoordelen in het kader van de belangrijkste randvoorwaarden voor de missies.

Sondes voor nieuw fysisch onderzoek van het vroege heelal

Hoe is het heelal ontstaan? Hoe hebben de eerste kosmische structuren en zwarte gaten zich gevormd? Hoe zijn ze geëvolueerd? Het blijven onbeantwoorde vragen in de fundamentele fysica en astrofysica. Misschien kan een antwoord gevonden worden door missies die gebruikmaken van nieuwe fysische sondes, zoals voor het detecteren van zwaartekrachtgolven met hoge precisie of in een nieuw spectraal venster, of door zeer nauwkeurige spectroscopie van de kosmische achtergrondstraling (de reststraling, overgebleven van de oerknal). Dit thema ligt in de lijn van de baanbrekende resultaten van Planck en de verwachte wetenschappelijke resultaten van LISA. Dankzij de vooruitgang op het gebied van instrumentatie zijn op dit gebied heel veel nieuwe ontdekkingen mogelijk. Aanvullend onderzoek en overleg met de wetenschappelijke gemeenschap zullen nodig zijn om samen tot een missie te komen rond dit thema.

Een mooie toekomst voor middelgrote missies

Middelgrote missies zijn een belangrijk onderdeel van ESA's wetenschapsprogramma. Ze stellen Europa in staat om op zichzelf staande missies te bouwen die belangrijke wetenschappelijke vragen beantwoorden tegen een relatief bescheiden kostprijs. Venus Express, Mars Express en de komende missies Euclid, Plato en Ariel zijn voorbeelden van ESA's eerdere, huidige en toekomstige middelgrote missies.

Het Voyage 2050-comité identificeerde thema's in alle domeinen van het ruimteonderzoek, van onderzoek naar het zonnestelsel tot astrometrie, astronomie, astrofysica en fundamentele fysica, en toont zo aan dat baanbrekend wetenschappelijk onderzoek mogelijk blijft aan een gemiddelde missiekostprijs. Middelgrote missies zullen verder geselecteerd worden via toekomstige open 'Oproepen voor missies'.

Middelgrote missies maken het voor Europa ook mogelijk om deel te nemen aan ambitieuze missies met internationale partners. Ze zouden een bijdrage kunnen leveren aan NASA's astronomische observatoria van de volgende generatie - net zoals in het huidige James Webb Space Telescope-partnerschap - of aan toekomstige missies naar de buitenste regionen van het zonnestelsel.

Technologieontwikkeling voor de volgende eeuw

Bij de bespreking van de mogelijke grote missiethema's identificeerde het Voyage 2050-comité verschillende gebieden die baanbrekende wetenschappelijke resultaten zouden kunnen opleveren, maar waarvoor de technologie nog niet op punt zou staan binnen het tijdsbestek van Voyage 2050. Het comité adviseerde daarom te investeren in de ontwikkeling van een aantal technologieën, zodat deze thema's in de tweede helft van deze eeuw werkelijkheid zouden kunnen worden. Dit omvat onderwerpen zoals koude-atoominterferometrie voor de ontwikkeling van atoomklokken, het mogelijk maken van röntgeninterferometrie voor de toekomstige studie van compacte objecten zoals zwarte gaten, en ontwikkelingen voor toekomstige planetaire missies: met name betere energiebronnen om de verkenning ver in het zonnestelsel mogelijk te maken en vooruitgang bij het verzamelen en opslaan van cryogene monsters van kometenijs voor een toekomstige missie die monsters moet mee terugbrengen.

Waarom nu al plannen?

Planning op lange termijn is essentieel om succes te verzekeren bij de toekomstige uitdagingen op het gebied van ruimteonderzoek. Cosmic Vision 2015-2025 is de huidige planningscyclus voor ESA's missies voor ruimteonderzoek. Die werd opgestart in 2005 en werd voorafgegaan door het Horizon 2000-plan van 1984, en Horizon 2000 Plus, van 1994-95. Laten we deze plannen even in hun context plaatsen. Kometenjager Rosetta en de lander Philae, evenals 'tijdmachine' Planck en astronomisch observatorium Herschel begonnen allemaal in Horizon 2000. Gaia, Lisa Pathfinder en BepiColombo werden allemaal bedacht in het kader van Horizon 2000 Plus. De Cosmic Vision-missies worden pas onlangs gerealiseerd: de exoplaneetmissie Cheops die in 2019 werd gelanceerd, en Solar Orbiter in 2020. Jupiter Icy Moons Explorer, Athena en LISA zijn allemaal grootschalige missies in het Cosmic Vision-plan. Vooral grote missies vergen een aanzienlijke technologische ontwikkeling, die vaak een aantal jaren in beslag neemt. Daarom is het belangrijk om ruim van tevoren te beginnen met het definiëren van de benodigde technologie, om ervoor te zorgen dat ESA's Wetenschapsprogramma een toekomstgerichte reeks missies van wereldklasse kan garanderen voor de toekomstige generaties.

Tijd dus om verder te kijken dan Cosmic Vision, naar de periode 2035-2050 – en zelfs nog verder – met het Voyage 2050 plan.