A Voyager 2 az Uránusz (R) és a Neptunusz (L) mellett is repült, és feltárta mindkét világ tulajdonságait, színét, légkörét és gyűrűrendszerét. Mindkettőnek vannak gyűrűi, sok érdekes holdja, valamint olyan légköri és felszíni jelenségeik, amelyeket csak vizsgálni várunk. (NASA / VOYAGER 2)

Kérdezd meg Ethan-t: Elküldhetünk-e egy Cassini-szerű missziót Uránuszra vagy Neptunuszra?

A NASA Cassini űrhajója sokkal többet tanított nekünk, mint ahogyan valaha elképzeltünk a Saturnról. Meg tudunk-e csinálni valami hasonlót Uránussal és Neptunussal?

Ahol a Naprendszerben tartózkodunk, a távoli világegyetemre néző erőteljes földi és űrkutató obszervatóriumokkal nézetet és ismereteket adott nekünk, amelyek sokak közül soha nem gondolták volna, hogy elérjük. De a távoli helyre való tényleges utazás még mindig nem helyettesíti, mivel sok bolygó elkötelezett küldetései megtanítottak minket. Annak ellenére, hogy minden erőforrást elköltöttünk a bolygótudomány számára, csak egyszer küldtünk egy küldetést Uránuszra és Neptunuszra: a Voyager 2, amely csak õk által repült. Milyen kilátásaink vannak az ezen külső világok felé irányuló keringő küldetésről? Erik Jensen, a Patreon támogatója ezt akarja tudni, amikor azt kérdezi:

Megérkezik egy ablak, amikor az űrhajókat Jupiter segítségével el lehet küldeni Uránuszba vagy Neptunba gravitációs lendületet nyújtva. Milyen korlátozások vannak ennek felhasználására, de képes-e eléggé lelassulni ahhoz, hogy pályára lépjen a „jég óriások” körül?

Lássuk.

Noha a szemrevételezés nagy különbséget mutat a Föld és Neptun méretű világok között, a valóság az, hogy csak kb. 25% -kal lehet nagyobb, mint a Föld, és sziklás is lehet. Bármi nagyobb, és inkább egy gázipari óriás vagy. Míg a Jupiternek és a Szaturnusznak óriási gázburkolata van, ezeknek a bolygóknak körülbelül 85% -át teszi ki, a Neptunusz és az Uránusz nagyon különböznek egymástól, és atmoszférájuk alatt nagy folyékony óceánokkal kell rendelkezniük. (HATÓ- ÉS PLANETÁRIS INTÉZET)

A Naprendszer egy bonyolult, de szerencsére rendszeres hely. A külső Naprendszerhez, azaz a Jupiterön kívüli bolygókhoz való eljutás legjobb módja, ha maga a Jupiter használja az útját. A fizikában, amikor egy apró tárgy (például egy űrhajó) repül egy hatalmas, álló helyzetben (például csillag vagy bolygó), a gravitációs erő óriási mértékben megváltoztathatja a sebességét, de sebességének ugyanaznak kell maradnia.

De ha van egy harmadik, gravitációs szempontból fontos objektum, akkor a történet kissé megváltozik, és különösen olyan módon, amely különösen releváns a külső Naprendszer eléréséhez. Egy űrhajó, amely például egy olyan bolygón repül, amely a Naphoz kötődik, gyorsaságot szerezhet vagy veszíthet, ha lendületet ad vagy ad át lendületet a bolygó / Nap rendszer számára. A hatalmas bolygót nem érdekli, de az űrhajó a pályájától függően lendületet (vagy lassulást) kaphat.

Az itt látható gravitációs csúzli az, hogy egy űrhajó hogyan növelheti sebességét egy gravitációs segéd segítségével. (A WIKIMEDIA KÖZÖS FELHASZNÁLÓI ZEIMUSU)

Az ilyen típusú manővert gravitációs asszisztensnek hívják, és elengedhetetlen volt mind a Voyager 1, mind a Voyager 2 kijutásához a Naprendszerből, és az utóbbi időben az Új Horizontok Pluton általi repüléséhez. Annak ellenére, hogy Uránusz és Neptunusz látványosan hosszú keringési periódusai vannak, vagyis 84, illetve 165 év, a hozzájuk érkezés misszióablakai körülbelül 12 évente megismétlődnek: minden alkalommal, amikor a Jupiter kitölti egy pályát.

A Földről indított űrhajó általában néhány belső bolygóval repül néhányszor, felkészülve a Jupiter gravitációs segédjére. Egy bolygó repülõ ûrhajó közvetett módon csúzli lehet - a gravitációs csúzli egy gravitációs segédprogram szója, amely erõsíti - nagyobb sebességre és energiára. Ha szeretnénk, akkor az igazítások helyesek, hogy ma elindíthatnánk a Neptunusz missziót. Az Uránusz, ha közelebb van, még könnyebben elérhető.

A NASA repülési útvonala a Messenger szonda számára, amely sikeres, stabil pályán halad fel a Merkúr körül, miután számos gravitációs segítséget elvitt. A történet hasonló, ha a külső Naprendszerhez akarsz menni, kivéve, ha a gravitációt használja a heliocentrikus sebesség növeléséhez, nem pedig annak levonásához. (NASA / JHUAPL)

Egy évtizeddel ezelőtt javasolták az Argo küldetést: a Jupiter, a Szaturnusz, a Neptunusz és a Kuiper öv tárgyait repülni fogja, a kiindulási ablak 2015 és 2019 között tartana. De a repülési küldetések egyszerűek, mert nincs hogy lelassítsuk az űrhajót. Nehezebb beilleszteni egy világ körüli pályára, de ez sokkal kifizetődőbb is.

Egyetlen átadás helyett a keringtető nagyobb hosszú távú teljes világ lefedettséget szerezhet Önnek. Láthatja a világ légkörében bekövetkező változásokat, és folyamatosan megvizsgálhatja azokat az emberi szem számára láthatatlan hullámhossz-tartományban. Új holdokat, új gyűrűket és új jelenségeket találhat, amire soha nem számítottál. Még egy földet vagy szondát is küldhet a bolygóra vagy annak holdjaira. Mindez és még sok más történt a Saturn körül a nemrégiben befejezett Cassini-misszióval.

A Saturn északi pólusának 2012 (L) és 2016 (R) képe, egyaránt a Cassini széles látószögű kamerával. A színkülönbség a Szaturnusz légkörének kémiai összetételében bekövetkező változásoknak köszönhető, amelyeket közvetlen fotokémiai változások váltanak ki. (NASA / JPL-CALTECH / TÉRTUDOMÁNYI INTÉZET)

Cassini nemcsak megismerte a Saturn fizikai és légköri tulajdonságait, bár látványosan megtette. Nem csak képet gyűjtött és megismerkedett a gyűrűkről, bár ezt is megtette. A leghihetetlenebb az, hogy olyan változásokat és átmeneti eseményeket figyeltünk meg, amelyeket soha nem tudtunk volna megjósolni. A Saturn szezonális változásokat mutatott, amelyek megfeleltek a pólusok körül bekövetkező kémiai és színváltozásoknak. A Szaturnuszon óriási vihar alakult ki, amely körülveszi a bolygót és sok hónapig tart. A Szaturnusz gyűrűi erőteljes függőleges szerkezetűek és idővel megváltoztak; dinamikusak és nem statikusak, és laboratóriumot biztosítanak a bolygó- és holdképződés megtanításához. Az adatokkal régi problémákat oldottunk meg, és új misztériumokat fedeztünk fel Iapetus, Titan és Enceladus holdjai között, többek között.

8 hónap alatt a Naprendszerben a legnagyobb vihar támadt, bekerítve az egész gázipari óriási világot, és akár 10–12 Föld befogadására képes. (NASA / JPL-CALTECH / TÉRTUDOMÁNYI INTÉZET)

Nem kétséges, mi szeretnénk ugyanezt tenni az Uránussal és a Neptunussal is. Számos Uranus és Neptunusz körüli pályára kerülő missziót javasoltak, amelyek meglehetősen messze mentek a misszió benyújtásának folyamatában, de valójában egyiket sem tervezték, hogy építsenek vagy repüljenek. A NASA, az ESA, a JPL és az Egyesült Királyság mindegyikét javasolta az Uránusz keringőinek, amelyek még futnak, de senki sem tudja, mi áll a jövőben.

Eddig ezeket a világokat csak távolról vizsgáltuk. De óriási remény rejlik egy jövőbeli küldetés után évek óta, amikor a mindkét világot elérő indítóablakok egyszerre igazodnak. 2034-ben a koncepcionális ODINUS-misszió ikerpályákat küld az Uránuszra és a Neptunuszra egyidejűleg. Maga a küldetés látványos, közös vállalkozás lenne a NASA és az ESA között.

Az Uránusz utolsó két (legkülső) gyűrűje, ahogy azt a Hubble felfedezte. Olyan sok szerkezetet fedeztünk fel az Uránus belső gyűrűiben a Voyager 2 repülõgépébõl, de egy keringõ még többet mutathat nekünk. (NASA, ESA és M. SHOWALTER (SETI INSTITUTE))

Az egyik legnagyobb, zászlóshajóként végrehajtott küldetés, amelyet a NASA bolygótudományi dekadalis felmérése során javasoltak 2011-ben, egy Uránusz-szonda és -görbe volt. Ezt a küldetést a harmadik prioritásként értékelték, a Mars 2020 rover és az Europa Clipper keringtetője mögött. Az Uránszonda-és -görgő a 2020-as években évente 21 napos ablakkal indíthatott: amikor a Föld, a Jupiter és az Uránusz elérte az optimális pozíciókat. A keringőnek három különálló műszere van rajta, amelyek célja az Uránusz, gyűrűi és holdjai különböző tulajdonságainak ábrázolása és mérése. Az Uránusz és a Neptunusz hatalmas folyadék-óceánjainak kell lennie a légkörük alatt, és egy keringőnek képesnek kell lennie arra, hogy felfedezze. A légköri szonda megmérte a felhőképző molekulákat, a hőeloszlást és azt, hogy a szél sebessége hogyan változott a mélységgel.

Az ESA által a NASA-val közös vállalkozásként javasolt ODINUS küldetés Neptunust és Uránt is feltárja kettős keringtetővel. (ODINUS TEAM - MART / ODINUS.IAPS.INAF.IT)

Az ESA kozmikus látás programja által javasolt, a Neptuniai és Uráni Rendszerek (ODINUS) misszió Eredményei, Dinamikája és Belső terei még távolabb kerülnek: kibővítik ezt a koncepciót két ikerpályára, amely egyet Neptunuszra és egyet Uránuszra küld. Egy 2034-es indítóablak, amelyben a Föld, a Jupiter, az Uránusz és a Neptunusz egymáshoz igazodnak, mindkettőt egyszerre küldhetik el.

A Flyby küldetések nagyszerűek az első találkozókra, mivel oly sok mindent megtudhat egy világról, ha közelről látja. Nagyszerűek még azért is, mert több célt is elérhetnek, míg a keringtetők be vannak ragadva bármilyen világba, amelyet keringésre választanak. Végül, a keringtetőknek üzemanyagot kell szállítaniuk a fedélzeten, hogy égést végezzenek, lelassuljanak és stabil pályára lépjenek, és ezáltal a küldetés sokkal drágább lesz. Azt állítom, hogy a tudomány, amelyet hosszú távú megmaradt egy bolygó körül, több, mint pótolja.

Amikor kering egy világ körül, láthatja azt minden oldaláról, annak gyűrűit, holdjait és azt, hogyan viselkednek az idő múlásával. Például Cassini-nak köszönhetően felfedeztük egy új gyűrű létezését az elfogott Phoebe-asteroidból, és annak szerepét az Iapetus rejtélyes holdjának csak a felének elsötétítésében. (A NASA / CASSINI KÉPEKBŐL SZÁRMAZÓ SMITHSONIAN AIR & SPACE)

Az ilyen küldetés jelenlegi korlátozásai nem technikai eredményekből származnak; a technológia létezik ahhoz, hogy ezt ma megtehessék. A nehézségek a következők:

  • Politikai: mivel a NASA költségvetése véges és korlátozott, és forrásainak az egész közösséget kell szolgálniuk,
  • Fizikai: mivel még a NASA új nehéz emelő járművével, az SLS csavarozat nélküli változatával is csak korlátozott mennyiségű tömeget tudunk küldeni a külső naprendszerbe, és
  • Gyakorlati: mivel ezen a hihetetlen távolságon belül a Naptól a napelemek nem fognak megtenni. Radioaktív forrásokra van szükségünk egy távoli űrhajó táplálásához, és lehet, hogy nem elég a munka elvégzéséhez.

Az utóbbi, még ha minden más is igazodik, lehet az üzletkötő.

A saját hőéből izzó Plutónium-238-oxidpellet. A nukleáris reakciók melléktermékeként is előállított Pu-238 a radionuklid, amelyet a mély űrjárművek hajtására használnak fel, a Mars Curiosity Rover-től az ultra-távoli Voyager űrhajóig. (USA ENERGIAGYENMI OSZTÁLY)

A plutónium-238 egy izotóp, amelyet a nukleáris anyagok feldolgozása során hoztunk létre, és raktárunk legnagyobb részéből az származik, amikor aktívan készítettünk és raktártunk nukleáris fegyvereket. Radioaktív izotóp-termoelektromos generátorként (RTG) történő felhasználása látványos volt a Holdra, a Marsra, a Jupiterre, a Szaturnuszra, a Plutonra, valamint egy nagy számú, mély űrszondára, például a Pioneer és a Voyager űrhajókra irányuló missziók során.

De 1988-ban abbahagytuk a gyártást, és az Oroszországból történő vásárlás lehetőségei csökkentek, mivel a gyártást is leállították. Az Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumban az új Pu-238 elkészítésére irányuló közelmúltbeli erőfeszítések megkezdődtek, és körülbelül 2 unciát termelnek 2015 végéig. Az ott folytatott fejlesztés, valamint az Ontario Energiatermelés elegendő energiát teremthet a küldetés végrehajtásához a 2030-as évekre. .

A Voyager 2 széles látószögű fényképezőgépének tiszta szűrőjével kapott két 591-es expozíció összefűzése, amely megmutatja a legnagyobb érzékenységű Neptunusz teljes gyűrűs rendszerét. Az Uránusz és a Neptunusz sok hasonlóságot mutat, de egy célzott misszió felfedezheti a példátlan különbségeket is. (NASA / JPL)

Minél gyorsabban mozog, amikor egy bolygóval találkozik, annál több üzemanyagot kell feltennie az űrhajóra, hogy lelassuljon és a pályára lépjen. A Plútóba irányuló küldetésre nem volt esély; Az New Horizons túl kicsi volt és sebessége túlságosan nagy, plusz a Plútó tömege meglehetősen alacsony ahhoz, hogy kipróbálhassuk az orbitális beillesztést. De Neptunusz és Uránusz esetében, különösen, ha a Jupiterből és esetleg a Szaturnuszból a megfelelő gravitációs segédeszközöket választjuk, ez megvalósítható lehet. Ha csak az Uránt akarjuk elérni, a 2020-as években bármilyen évet elindíthatnánk. De ha mindkettőt szeretnénk elérni, amit csinálunk, akkor 2034 az elmúlt év! Neptunusz és Uránusz hasonlíthat ránk tömeg, hőmérséklet és távolság szempontjából, de valószínűleg annyira különböznek egymástól, mint a Föld a Vénuszé. Csak egy módon lehet megtudni. Egy kis szerencsével, sok beruházással és kemény munkával megtudhatjuk életünk során.

Küldje el az Ethan kérdéseit a kezdőlapra és a gmail dot com-re!

(Megjegyzés: Köszönet Patreon támogatójának, Erik Jensennek, hogy megkérdezte!)

A Starts With A Bang mostantól a Forbes-en működik, és a Mediumon közzéteszik, Patreon támogatóinknak köszönhetően. Ethan két könyvet írt, a Beyond The Galaxy és a Treknology: A Star Trek tudománya a Tricorders-től a Warp Drive-ig.