Vi människor är nyfikna, sökande lott, och 2020-talet kommer att se oss fortsätta att observera universum omkring oss, försöker förstå mer om fundamentala partiklar, krafter, objekt och relationer från både mark- och rymdbaserade instrument.

På samma gång, vårt intresse och tekniska förmåga att tänja på gränserna för rymdutforskning i fysisk mening genom bemannade och obemannade uppdrag börjar växa.

Lite paradoxalt nog, ett av de mest intressanta observatorierna att hålla ett öga på under 2020-talet "tittar" inte alls på universum.

Universums utveckling

Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) är en enorm, internationell, flera miljarder dollar samarbete som försöker upptäcka krusningar i rymdtiden orsakade av interaktioner mellan mycket massiva objekt genom att mäta förändringar i avstånd mindre än 1/10, 000:e bredden av en proton.

Efter uthållig tystnad under 2000-talets första decennium, LIGO upptäckte sin första av flera inspirerande svarta hålshändelser och även en kollision med neutronstjärnor.

Även om dessa upptäckter är en solid blinkning till Einsteins fysik, de representerar också stora framsteg inom instrumentering, modellering, teknik, samarbete och vår förståelse av universums utveckling.

Under de senaste tre veckorna, en annan upptäckt har meddelats, med signaler som verkar antyda en sammanslagning av två oväntat massiva neutronstjärnor – potentiellt en ny klass av neutronstjärneobjekt. Planerade uppgraderingar och utökningar av LIGO borde ge oss ett spännande decennium av fler upptäckter med mycket högre datakvalitet.

Förstå mörk materia

I linje med temat "icke-synlig" astronomi, astronomer kommer att gå framåt in i 2020-talet, försöker ta itu med några av de mest grundläggande frågorna om vårt universum som hittills har undvikit svar.

Särskilt, den mörka materiens natur – som anses utgöra upp till 85 procent av universums materia, men undviker fortfarande tillfredsställande kategorisering (till exempel kyla, varm eller varm), trots att det har föreslagits något vagt i slutet av 1800-talet.

Detta område kombinerar kosmologi och partikelfysik i experiment som antingen är fokuserade på direkt eller indirekt detektion.

Under den senaste veckan, bevis från ett nyligen genomfört projekt med hjälp av rymdteleskopet Hubble tyder på att mörk materia kan bildas i mycket mindre klumpar än vad som tidigare förväntats, ger starka bevis för scenariot med kall (eller långsamt rörlig) mörk materia.

Närmare hemmet, i ett samarbetsinitiativ som University of Melbourne är en del av, Stawell Underground Physics Laboratory (SUPL) är ett planerat en kilometer djupt laboratorium avsett att upptäcka säsongsvariationer i mörk materiasignaler.

Rymdresor

Det kommande decenniet kommer sannolikt att se början på den verkliga kommersialiseringen av rymdresor.

Till exempel, privata företag, som Boeing och SpaceX, har bildat partnerskap med statliga rymdorganisationer och organisationer såsom via NASA:s Commercial Crew-program i syfte att utveckla säker, tillförlitliga och ekonomiskt lönsamma alternativ för att nå låg omloppsbana om jorden.

Detta kommer att göra det möjligt för NASA att avsluta sitt beroende av de ryska Soyuz-raketerna och i sin tur gör det möjligt för privata företag att börja sälja platser på sina fordon som Boeings Starliner och SpaceX:s Crew Dragon, i kombination med boende i ISS till privatbetalande kunder.

Båda har upplevt tandproblem och genomgår förbättringar, men man kan rimligen förvänta sig att se dem i drift under de närmaste åren.

Även om det är svårt att få en tydlig uppfattning om framsteg, andra länder som Kina, Indien och Ryssland driver sina egna program för mänskliga rymdfärder, medan NASA fortsätter att också arbeta med sina egna fordon som ska lanseras från amerikansk mark, utöver partnerskapen med privata företag, siktar på att få män och kvinnor tillbaka till månen 2024.

I början av 2020-talet kommer andra företag som Virgin Galactic och Blue Origin effektivt att tända rymdturismmarknaden genom att göra det möjligt för betalande kunder att köpa resor till suborbitala rymden.

Det framgångsrika flytandet av Virgin Galactic på New York-börsen i oktober 2019 antyder det kommersiella intresset för punkt-till-punkt-transport på jorden via suborbital rymd.

Livet utanför jorden

När vår tekniska kapacitet ökar, det gör också vår besatthet av sökandet efter liv utanför jorden.

NASA:s Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) har redan startat 2020 med upptäckten av sin första planet i jordstorlek i en stjärnas "beboeliga zon", vilket är intervallet av avstånd från en planets värdstjärna där temperaturen potentiellt tillåter flytande vatten att existera på planetens yta.

Forskare producerar redan olika 3D-atmosfärs- och klimatmodeller för planeten i fråga, känd som TOI 700 d, väntar på att nya data ska dyka upp under det kommande decenniet för att hjälpa till att begränsa viktiga modelleringsparametrar.

Minst sex uppdrag är redan igång eller planerade att starta, mestadels av NASA och ESA som Cheops, James Webb-teleskopet och Ariel, vilket kommer att lägga till över 4, 000 bekräftade exoplaneter och kommer också att ge oss mer exakt och detaljerad information om storlekar, planeternas och deras värdstjärnors sammansättning och tillstånd.

Undersöker vårt solsystem

Medan vi väcker vår glupska aptit för att upptäcka planeter runt stjärnsystem långt bortom våra egna via ett stort antal undersökningar och program, uppdrag som involverar fysiska sonder för liv på andra planeter och månar inom vårt solsystem planeras och implementeras.

NASA:s Mars 2020 Rover, som formellt kommer att namnges av ett vinnande offentligt bidrag i mars i år, är inställd på att söka efter bevis på liv på Mars med en planerad landning i början av 2021, medan separata flygförbi-uppdrag till Jupiters istäckta måne, Europa, och Saturnus atmosfäriskt disiga måne, Titan, kommer att lanseras 2025 och 2026, respektive.

Även om det ännu inte har godkänts inom budgeten, det finns potential för ett landerbaserat uppdrag till Europa, potentiellt gör det möjligt för forskare att testa förekomsten av en salt saltlösning under dess frusna skorpa.

För att inte bli överträffad, ESA har också planer på att återbesöka Mars, efter att ha lanserat en orbiter 2016, levererar ExoMars 2020 som också kommer att fokusera på att kemiskt och mineralogiskt analysera borrade prover för spår av tidigare mikrobiellt liv.

Till sist, våra försök att både lyssna efter och nå ut till alla existerande utomjordiska liv kommer att fortsätta under 2020-talet och framåt.

Till exempel, initiativ som Breakthrough Listen, ett tio år, 100 USD, 000, 000-program som startade 2016, ständigt undersöka universum efter signaler om utomjordiskt liv.

Under tiden, Breakthrough Starshot är ett proof-of-concept-projekt som involverar att skicka en flotta av små centimeterstora rymdfarkoster med lätta segel till vårt närmaste angränsande stjärnsystem, Alfa centauri. Detta projekt kan leda till utvecklingen av jordbaserade styrbara lasrar.

Dessa fortgående och utvecklande företag kommer oundvikligen att leverera nya tekniska framsteg, vilket betyder att 2020-talet kommer att bli ett spännande decennium, verkligen.