ESA:s stora vetenskapsuppdrag för tidsramen 2035-2050 kommer att fokusera på månar på de gigantiska planeterna i solsystemet, tempererade exoplaneter eller det galaktiska ekosystemet, och nya fysiska sonder från det tidiga universum.

"Valet av Voyage 2050-teman är ett avgörande ögonblick för ESA:s vetenskapsprogram, och för den framtida generationen av rymdforskare och ingenjörer, säger Günther Hasinger, ESA:s vetenskapschef.

"Nu när Cosmic Vision har tagit form med en tydlig plan för våra uppdrag fram till mitten av 2030-talet, vi måste börja planera vetenskapen och tekniken vi behöver för de uppdrag vi vill lansera om decennier, och det är därför vi definierar vetenskapsteman på toppnivå i Voyage 2050-planen idag."

En uppmaning till idéer för Voyage 2050 utfärdades i mars 2019, genererar nära 100 olika och ambitiösa idéer, som därefter destillerades till ett antal vetenskapsteman. Aktuella lag, som omfattar många tidiga karriärer genom tidiga forskare från ett brett spektrum av rymdvetenskapliga expertområden, genomförde en första bedömning av teman och rapporterade sina resultat till en senior vetenskaplig kommitté. Denna kommitté fick i uppdrag av direktören att rekommendera inte bara vetenskapsteman för de kommande tre storklassuppdragen efter Jupiter Icy Moons Explorer, Athena och LISA, men också för att identifiera potentiella teman för framtida medelklassuppdrag, och rekommendera områden för långsiktig teknikutveckling utanför Voyage 2050. De vetenskapliga teman valdes ut av ESA:s Science Program Committee vid ett möte den 10 juni 2021. De specifika uppdragen i sig kommer att väljas ut i sinom tid när ESA utfärdar individuella utlysningar för uppdragsförslag.

"Voyage 2050-planen är resultatet av en betydande insats från vetenskapssamfundet, av de aktuella teamen, och av seniorkommittén som bidrog till en så livlig och produktiv debatt för att komma fram till detta enastående förslag, säger Fabio Favata, chef för strategin, Plan- och samordningskontoret. "Voyage 2050 sätter segel, och kommer att hålla Europa i framkanten av rymdvetenskapen i decennier framöver."

Uppdragsteman

De tre högsta prioriteringarna för framtida storklassuppdrag identifieras som:

Månar av de jättelika planeterna

Att undersöka beboelighetspotentialen för världar i vårt solsystem är avgörande för att förstå livets uppkomst, och är av särskild relevans i sökandet efter jordliknande planeter bortom vårt solsystem. Bygger på arvet från det internationella Cassini-Huygens-uppdraget till Saturnus och ESA:s kommande Jupiter Icy Moons Explorer, ett framtida yttre solsystemuppdrag med avancerad instrumentering skulle fokusera på studiet av kopplingen av havsbärande månens inre med deras ytnära miljöer, försöker också söka efter möjliga biosignaturer. Uppdragsprofilen kan inkludera en in-situ enhet, som en landare eller en drönare.

Från tempererade exoplaneter till Vintergatan

Vår Vintergatan innehåller hundratals miljoner stjärnor och planeter tillsammans med mörk materia och interstellär materia men vår förståelse av detta ekosystem, en språngbräda för att förstå hur galaxer fungerar i allmänhet, är begränsad. En detaljerad förståelse av vår galax bildande historia, inklusive dess "dolda regioner, " är nyckeln till vår förståelse av galaxer i allmänhet. Samtidigt, karakteriseringen av tempererade exoplaneter i mittinfraröda, genom ett första spektrum av direkta termiska utsläpp från exoplanetatmosfärer för att bättre förstå om de har verkligt beboeliga ytförhållanden, skulle vara ett enastående genombrott.

Även om exoplanetämnet anses ha hög vetenskaplig prioritet, att befästa Europas ledarskap inom exoplanetområdet efter Cheops livstid, Platon och Ariel, ett välgrundat val mellan en studie av de mindre tillgängliga regionerna i vår galax och studien av tempererade exoplaneter måste göras med det intresserade forskarsamhället för att bedöma sannolikheten för framgång och genomförbarhet för uppdrag inom de stora uppdragens gränsförhållanden.

Nya fysiska sonder från det tidiga universum

Hur började universum? Hur bildades och utvecklades de första kosmiska strukturerna och svarta hålen? Dessa är enastående frågor inom grundläggande fysik och astrofysik som skulle kunna lösas genom uppdrag som utnyttjar nya fysiska sonder, som att upptäcka gravitationsvågor med hög precision eller i ett nytt spektralfönster, eller genom högprecisionsspektroskopi av den kosmiska mikrovågsbakgrunden – relikstrålningen som blev över från Big Bang. Detta tema följer den banbrytande vetenskapen från Planck och den förväntade vetenskapliga avkastningen från LISA, och skulle utnyttja framsteg som gjorts inom instrumentering för att öppna ett enormt upptäcktsutrymme. Ytterligare studier och interaktion med det vetenskapliga samfundet kommer att behövas för att konvergera på ett uppdrag som tar upp detta tema.

En ljus framtid för medelklassuppdrag

Mellanklassuppdrag är en nyckelkomponent i ESA:s vetenskapsprogram och gör det möjligt för Europa att genomföra fristående uppdrag som svarar på viktiga vetenskapliga frågor med relativt blygsamma kostnadsramar. Venus Express, Mars Express och den kommande Eukliden, Platon, och Ariel-uppdrag är exempel på ESA:s förflutna, nuvarande och framtida medelklassuppdrag.

Voyage 2050-kommittén identifierade teman inom alla områden av rymdvetenskap, från solsystemvetenskap till astrometri, astronomi, astrofysik och fundamental fysik, visar att banbrytande vetenskap kan fortsätta att uppnås inom medelklassens uppdrags kostnadstak. Medelstora uppdrag kommer att fortsätta att väljas genom framtida öppna "Calls for missions".

Medelklassuppdrag ger också en väg för Europas deltagande i ambitiösa uppdrag med internationella partner. Detta kan inkludera att bidra till NASA:s nästa generations astronomiobservatorier – ungefär som det nuvarande James Webb Space Telescope-partnerskapet – eller till framtida yttre solsystemuppdrag, till exempel.

Teknikutveckling för nästa århundrade

När vi diskuterade möjliga stora uppdragsteman, Voyage 2050-kommittén identifierade flera områden där den vetenskapliga avkastningen skulle vara enastående men tekniken inte skulle nå mognad vid tidsramen för Voyage 2050. Kommittén rekommenderade därför investeringar i ett antal tekniker så att dessa teman kan bli verklighet under andra halvåret av detta århundrade. Detta täcker ämnen som kall atominterferometri för utveckling av atomklockor, möjliggör röntgeninterferometri för framtida studier av kompakta föremål som svarta hål, och utveckling för framtida planetariska uppdrag:särskilt bättre kraftkällor för att möjliggöra utforskning av det yttre solsystemet, och framsteg i att samla in och lagra kryogena prover av kometisar för ett framtida provreturuppdrag.

Varför planera nu?

Långsiktig planering är avgörande för att säkerställa framgång i framtida rymdvetenskapliga strävanden. Cosmic Vision 2015-2025 är den nuvarande planeringscykeln för ESA:s rymdforskningsuppdrag. Det skapades 2005, och föregås av Horizon 2000-planen som utarbetades 1984, och Horizon 2000 Plus, som upprättades 1994–95. För att sätta dessa planer i sitt sammanhang, kometjagande Rosetta och dess landare Philae, och 'tidsmaskinen' Planck och astronomiobservatoriet Herschel började alla livet i Horizon 2000. Gaia, Lisa Pathfinder och BepiColombo skapades alla i Horizon 2000 Plus. Cosmic Vision-uppdrag förverkligas just idag:exoplanetuppdraget Cheops lanserades 2019, och Solar Orbiter 2020. Jupiter Icy Moons Explorer, Athena och LISA är alla storklassuppdrag i Cosmic Vision-planen. Särskilt stora uppdrag kräver betydande teknisk utveckling, vilket ofta tar ett antal år. Därför, det är viktigt att börja definiera den nödvändiga tekniken i god tid, för att säkerställa att ESA:s vetenskapsprogram kan säkra en världsklass, framtidsinriktad serie uppdrag för kommande generationer.

Således, det är dags att se bortom Cosmic Vision, till perioden 2035-2050 – och även därefter – med planen Voyage 2050.