Воиагер 2 летио је и Ураном (Р) и Нептуном (Л) и открио својства, боје, атмосфере и прстенасте системе оба света. Обоје имају прстенове, много занимљивих месеци и атмосферске и површинске појаве које само чекамо да истражимо. (НАСА / ВОИАГЕР 2)

Питајте Етхана: Можемо ли послати Усију или Нептуну сличну мисију према Касинију?

НАСА-ин свемирска летјелица Цассини учила нас је више него што смо икада замислили о Сатурну. Можемо ли учинити нешто слично за Уран и Нептун?

Одакле смо у Сунчевом систему, гледање у далеки Универзум са нашим моћним опсерваторијама са земаљских и свемирских простора пружало нам је погледе и сазнања за која многи од нас никада нису мислили да ћемо их остварити. Али још увек нема замене за стварно путовање на далеку локацију, како су нас училе посвећене мисије на многим планетама. Упркос свим ресурсима које смо посветили планетарној науци, икада смо послали само једну мисију Урану и Нептуну: Воиагер 2, који је летио само њима. Какви су нам изгледи за мисију орбите у те спољне светове? То жели наш знатижељник Патреона Ерик Јенсен, и пита:

Долази прозор када би свемирске летелице могле бити послане Урану или Нептуну помоћу Јупитера за гравитационо појачање. Која су ограничења да се то користи, али да се може довољно успорити за улазак у орбиту око "ледених великана"?

Хајде да погледамо.

Док визуелни преглед показује велики јаз између света величине Земље и Нептуна, реалност је да можете бити само око 25% већи од Земље и још увек бити стеновити. Било шта веће, а ви сте више гасни див. Док Јупитер и Сатурн имају огромне плинске омотнице, које се састоје од отприлике 85% тих планета, Нептун и Уран су веома различити и требало би да имају велике, течне океане испод своје атмосфере. (ЛУНАР И ПЛАНЕТАРНИ ИНСТИТУТ)

Сунчев систем је компликовано - али на срећу, редовно - место. Најбољи начин да дођете до спољног Сунчевог система, што значи било којој планети изван Јупитера, јесте да користите Јупитер који ће вам помоћи да стигнете тамо. У физици, кад год мали предмет (попут свемирске летелице) лети масивним, непомичним (попут звезде или планете), гравитациона сила може огромно променити своју брзину, али њена брзина мора остати иста.

Али ако постоји трећи објекат који је гравитационо важан, та се прича мало мења, и то на начин који је посебно важан за достизање спољног Сунчевог система. Свемирска летелица која лети, рецимо, планетом који је везан за Сунце, може да добије или изгуби брзину крађу или одустајање од планета / Сунчевог замаха. Масивна планета није брига, али свемирска летелица може добити појачање (или успоравање) у зависности од путање.

Гравитациони прасак, као што је овде приказано, је како свемирски брод може да повећа своју брзину путем гравитационе асистенције. (ВИКИМЕДИА ЗАЈЕДНИЦИ КОРИСНИКА ЗЕИМУСУ)

Ова врста маневра позната је као гравитациона помоћ, а било је кључно да се Воиагер 1 и Воиагер 2 извуку из Сунчевог система, а у новије време и да Нови Хоризонс лети Плутоном. Иако Уран и Нептун имају спектакуларно дуге орбиталне периоде од 84 и 165 година, прозори за мисију доласка до њих понављају се сваких 12 година: сваки пут када Јупитер заврши орбиту.

Свемирски брод који је лансиран са Земље обично лети неколико унутрашњих планета у припреми за гравитациону помоћ Јупитера. Свемирска летјелица која лети планетом може се усмено снимити - гравитациони прасак је ријеч за гравитацијску помоћ која је појачава - на веће брзине и енергије. Да смо желели, поравнања су тачна да бисмо данас могли да покренемо мисију у Нептун. Ако је ближи Урану, још је лакше доћи до њега.

НАСА-ин пут лета за сонду Мессенгер, која се завршила у успешној, стабилној орбити око Меркура, након низа асистенција гравитације. Прича је слична ако желите да одете у спољни Сунчев систем, осим што гравитацију користите за додавање хелиоцентричне брзине, уместо да од ње одузмете. (НАСА / ЈХУАПЛ)

Пре деценију, предложена је мисија Арго: летели су летећи Јупитеровим, Сатурним, Нептуном и Куиперовим објектима, са лансирним прозором који траје од 2015. до 2019. Али летеће мисије су једноставне, јер немате да успори свемирску летјелицу. Уметање у орбиту широм света је теже, али је и корисније.

Уместо једног пролаза, орбитер вам може пружити покривање целог света, више пута, током дужих временских периода. Можете видети промене атмосфере света и непрекидно га прегледавати у широком распону таласних дужина, невидљивих људском оку. Можете пронаћи нове месеце, нове прстенове и нове појаве које никад нисте очекивали. Можете чак и да пошаљете земља или сонду на планету или неку од њених месеци. Све то и више тога се већ догодило око Сатурна са недавно завршеном Цассини мисијом.

Слика из 2012. (Л) и 2016. (Р) слике Сатурновог северног пола, оба снимљена Цассинијевом ширококутном камером. Разлика у боји је због промена хемијског састава Сатурнове атмосфере, изазваних директним фотохемијским променама. (НАСА / ЈПЛ-ЦАЛТЕЦХ / СПАЦЕ ИНСТИТУТЕ СЦИЕНЦЕ)

Цассини није само учио о физичким и атмосферским својствима Сатурна, иако је то учинио спектакуларно. Није само сликао и учио о прстеновима, мада је и то учинио. Оно што је најневероватније јесте да смо приметили промене и привремене догађаје које никада не бисмо предвидели. Сатурн је имао сезонске промене, што је одговарало хемијским и променама боје око његових половица. Колосална олуја развила се на Сатурну, окружила је планету и трајала је више месеци. Откривено је да Сатурнови прстенови имају снажне вертикалне структуре и да се током времена мењају; они су динамични и нису статични и пружају лабораторију која ће нас подучити о формирању планета и месеца. И помоћу његових података решили смо старе проблеме и открили нове мистерије његових луна, Иапета, Титана и Енцеладуса, између осталих.

Током периода од 8 месеци бесна највећа олуја у Сунчевом систему опколила је цео свет гаса и могла је да уклопи унутра 10 до 12 Земљи. (НАСА / ЈПЛ-ЦАЛТЕЦХ / СПАЦЕ ИНСТИТУТЕ СЦИЕНЦЕ)

Нема сумње да бисмо то жељели учинити и за Уран и Нептун. Многе мисије у орбити за Уран и Нептун су предложене и учиниле су их доста далеко у процесу подношења мисије, али ниједна није планирана за изградњу или летење. НАСА, ЕСА, ЈПЛ и Велика Британија предложили су орбитаре Урана који су и даље у току, али нико не зна шта чека будућност.

До сада смо проучавали те светове само из далека. Али постоји огромна нада у будућу мисију за много година од сада, када ће се лансирни прозори за досезање оба света одједном поравнати. 2034. концептуална ОДИНУС-ова мисија послала би близанце у Уранус и Нептун истовремено. Сама мисија би била спектакуларно, заједничко улагање између НАСА-е и ЕСА-е.

Последња два (најудаљенија) прстена Урана, како је открио Хуббле. Открили смо толико структуре у унутрашњим прстенима Урана од летача Воиагер 2, али орбитер нам може показати још више. (НАСА, ЕСА и М. СХОВАЛТЕР (СЕТИ ИНСТИТУТЕ))

Једна од главних, водећих мисија предложених за НАСА-ино истраживање о десетљећима планетарних наука у 2011. години, била је сонда Уранус и орбитара. Ова мисија заузела је трећи приоритет, иза ровера Марс 2020 и орбитера Еуропа Цлиппер. Сонда и орбитара Урана могла би да се покрене током 2020-их са временским прозором од 21 дан сваке године: када су Земља, Јупитер и Уран достигли оптималне положаје. Орбитер би на себи имао три одвојена инструмента дизајнирана за снимање и мерење различитих својстава Урана, његових прстенова и луна. Уран и Нептун би требало да имају огромне течне океане испод својих атмосфера, а орбитер би требао бити у могућности да га открије сигурно. Атмосферска сонда би могла да мери молекуле који формирају облак, расподелу топлоте и како се брзина ветра мења са дубином.

Мисија ОДИНУС, коју је ЕСА предложила као заједничко улагање са НАСА-ом, истраживала би и Нептун и Уран са двоструким орбитаром. (ОДИНУС ТЕАМ - МАРТ / ОДИНУС.ИАПС.ИНАФ.ИТ)

Предложени ЕСА програмом Космичке визије, мисија "Порекло, динамика и унутрашњост Нептунског и Уранског система" (ОДИНУС) иде још даље: проширује овај концепт на два орбита близанца, а један ће послати у Нептун, а један на Уран. Прозор за покретање 2034. године, где ће се Земља, Јупитер, Уран и Нептун правилно поравнати, могао да их обојицу истовремено отпусти.

Флиби мисије су одличне за прве сусрете, јер можете толико научити о неком свету гледајући га изблиза. Они су такође сјајни јер могу достићи више циљева, док су орбите заглављене у било ком свету који одлуче да орбитирају. Коначно, орбиташи морају да донесу гориво на броду како би извршили опекотине, успорили и ушли у стабилну орбиту, чинећи мисију много скупљом. Али, науку коју добијате из преосталог дугорочног живота око планете, тврдио бих, више него што је надокнађује.

Када орбите око света, можете га видети са свих страна, као и његове прстенове, месеце и како се понашају током времена. Захваљујући Цассинију, на пример, открили смо постојање новог прстена који потиче из заробљене астероиде Фибе, и његову улогу у потамњивању само половине мистериозног месечевог јапета. (СМИТСОНИАН АИР & Спаце, ДЕРИВЕД ОФ НАСА / ЦАССИНИ ИМАГЕС)

Тренутна ограничења за овакву мисију не потичу од техничких достигнућа; технологија постоји да се то уради и данас. Потешкоће су:

  • Политички: јер је НАСА-ин буџет ограничен и ограничен, а његови ресурси морају служити читавој заједници,
  • Физички: јер чак и са НАСА-иним новим тешким теретним возилом, невезаном верзијом СЛС-а, можемо послати само ограничену количину масе у спољни соларни систем, и
  • Практично: јер на овим невероватним удаљеностима од Сунца, соларни панели неће учинити. Потребни су нам радиоактивни извори да бисмо управљали свемирским бродом овако далеким, а можда немамо довољно да радимо тај посао.

Та последња, чак и ако се све друго поравна, може бити провала.

Пелет Плутон-238 оксид светли од сопствене топлоте. Такође, произведен као нус-продукт нуклеарних реакција, Пу-238 је радионуклид коришћен за напајање возила из дубоког свемира, од Марс Цуриосити Ровер-а до ултра-удаљене свемирске летелице Воиагер. (УС Департмент оф ЕНЕРГИ)

Плутон-238 је изотоп који је створен током прераде нуклеарног материјала, а већина наших продавница долази из времена када смо активно стварали и складиштили нуклеарно оружје. Његова употреба као радиоизотопски термоелектрични генератор (РТГ) била је спектакуларна за мисије на Месец, Марс, Јупитер, Сатурн, Плутон и низ свемирских сонди, укључујући свемирске летелице Пионеер и Воиагер.

Али престали смо да га производимо 1988. године, а наше могућности да га купимо од Русије су нестале јер смо и они престали да га производе. Недавни напори да се направи нови Пу-238 у Националној лабораторији Оак Ридге започели су, производећи око 2 унце до краја 2015. године. Наставак развоја тамо, као и онтарио Повер Генератион, могао би створити довољно за покретање мисије до 2030-их. .

Спајање две експозиције из 591-е добивене кроз прозирни филтер ширококутне камере из Воиагера 2, који приказује цео систем прстена Нептуна с највећом осетљивошћу. Уран и Нептун имају много сличности, али посвећена мисија би такође могла открити невиђене разлике. (НАСА / ЈПЛ)

Што се брже крећете када наиђете на планету, више горива требате да додате у своју свемирску летјелицу да бисте успорили и убацили се у орбиту. За мисију у Плутон није било шансе; Нев Хоризонс је био премали и његова брзина је била превелика, плус маса Плутона је прилично мала да би се покушало извршити убацивање у орбиту. Али за Нептун и Уран, посебно ако одаберемо праву асистенцију гравитације од Јупитера и, можда, Сатурна, то би могло бити изведиво. Ако желимо да идемо само на Уран, могли бисмо да покренемо било коју годину током 2020-их. Али ако желимо да идемо за обоје, што и радимо, 2034. је година која иде! Нептун и Уран могу нам изгледати слично у погледу масе, температуре и растојања, али они могу бити заиста другачији колико је Земља од Венере. Постоји само један начин да се то сазна. Уз мало среће и пуно улагања и напорног рада, то ћемо можда сазнати у току свог живота.

Пошаљите своја питања питајте Етхана на стартвитхабанг на гмаил дот цом!

(Напомена: Хвала навијачу Патреона Ерику Јенсену на питању!)

Стартс Витх А Банг је сада на Форбесу, а објављен је на Медиум захваљујући нашим присталицама Патреон-а. Етхан је аутор две књиге, Беионд Тхе Галаки и Трекнологи: Тхе Сциенце оф Стар Трек од Трицордерс до Варп Дриве-а.