Ο Voyager 2 πέταξε τόσο από τον Ουρανό (R) όσο και από τον Ποσειδώνα (L) και αποκάλυψε τις ιδιότητες, τα χρώματα, τις ατμόσφαιρες και τα συστήματα δακτυλίου και των δύο κόσμων. Και οι δύο έχουν δαχτυλίδια, πολλά ενδιαφέροντα φεγγάρια και ατμοσφαιρικά και επιφανειακά φαινόμενα που περιμένουμε να διερευνήσουμε. (NASA / VOYAGER 2)

Ρωτήστε τον Ethan: Μπορούμε να στείλουμε μια αποστολή που μοιάζει με Cassini στον Ουρανό ή τον Ποσειδώνα;

Το διαστημικό σκάφος Cassini της NASA μας δίδαξε περισσότερα από όσα φανταζόμασταν ποτέ για τον Κρόνο. Θα μπορούσαμε να κάνουμε κάτι παρόμοιο για τον Ουρανό και τον Ποσειδώνα;

Από όπου βρισκόμαστε στο Ηλιακό Σύστημα, κοιτάζοντας το μακρινό Σύμπαν με τα ισχυρά μας επίγεια και διαστημικά παρατηρητήρια μας έχει δώσει απόψεις και γνώσεις που πολλοί από εμάς δεν πίστευαν ποτέ ότι θα πετύχαμε. Αλλά δεν υπάρχει ακόμη υποκατάστατο για να ταξιδέψουμε πραγματικά σε μια μακρινή τοποθεσία, καθώς μας έχουν διδάξει ειδικές αποστολές σε πολλούς από τους πλανήτες. Παρά τους πόρους που έχουμε αφιερώσει στην πλανητική επιστήμη, έχουμε στείλει μόνο μία αποστολή στον Ουρανό και τον Ποσειδώνα: το Voyager 2, το οποίο πέταξε μόνο από αυτούς. Ποιες είναι οι προοπτικές μας για αποστολή τροχιά σε αυτούς τους εξωτερικούς κόσμους; Αυτό θέλει να γνωρίζει ο υποστηρικτής του Patreon Erik Jensen, καθώς ρωτά:

Υπάρχει ένα παράθυρο που έρχεται όταν το διαστημικό σκάφος θα μπορούσε να σταλεί στον Ουρανό ή τον Ποσειδώνα χρησιμοποιώντας τον Δία για μια βαρυτική ώθηση. Ποιοι είναι οι περιορισμοί στη χρήση αυτού, αλλά είναι σε θέση να επιβραδύνουν επαρκώς για την είσοδο σε τροχιά γύρω από τους «γίγαντες του πάγου»;

Ας ΡΙΞΟΥΜΕ μια ΜΑΤΙΑ.

Ενώ μια οπτική επιθεώρηση δείχνει ένα μεγάλο κενό μεταξύ κόσμων μεγέθους Γης και Ποσειδώνα, η πραγματικότητα είναι ότι μπορείτε να είστε μόνο περίπου 25% μεγαλύτεροι από τη Γη και να είστε ακόμα βραχώδεις. Οτιδήποτε μεγαλύτερο, και είστε περισσότερο γίγαντας φυσικού αερίου. Ενώ ο Δίας και ο Κρόνος έχουν τεράστιους φακέλους αερίων, που περιλαμβάνουν περίπου το 85% αυτών των πλανητών, ο Ποσειδώνας και ο Ουρανός είναι πολύ διαφορετικοί και πρέπει να έχουν μεγάλους, υγρούς ωκεανούς κάτω από την ατμόσφαιρά τους. (Σεληνιακό και πλανητικό ινστιτούτο)

Το Ηλιακό Σύστημα είναι ένα περίπλοκο - αλλά ευτυχώς, κανονικό - μέρος. Ο καλύτερος τρόπος για να φτάσετε στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα, δηλαδή σε οποιονδήποτε πλανήτη πέρα ​​από τον Δία, είναι να χρησιμοποιήσετε τον ίδιο τον Δία για να σας βοηθήσει να φτάσετε εκεί. Στη φυσική, κάθε φορά που πετάτε ένα μικρό αντικείμενο (όπως ένα διαστημικό σκάφος) με ένα τεράστιο, σταθερό (σαν αστέρι ή πλανήτη), η βαρυτική δύναμη μπορεί να αλλάξει την ταχύτητά της τρομερά, αλλά η ταχύτητά της πρέπει να παραμείνει η ίδια.

Αλλά αν υπάρχει ένα τρίτο αντικείμενο που είναι βαρυτικά σημαντικό, αυτή η ιστορία αλλάζει ελαφρώς και με τρόπο που είναι ιδιαίτερα σχετικός με την επίτευξη του εξωτερικού Ηλιακού Συστήματος. Ένα διαστημικό σκάφος που πετάει, για παράδειγμα, από έναν πλανήτη που συνδέεται με τον Ήλιο, μπορεί να κερδίσει ή να χάσει την ταχύτητα κλέβοντας ή παραιτώντας την ορμή στο σύστημα του πλανήτη / του Ήλιου. Ο τεράστιος πλανήτης δεν ενδιαφέρεται, αλλά το διαστημικό σκάφος μπορεί να πάρει μια ώθηση (ή μια επιβράδυνση) ανάλογα με την πορεία του.

Μια βαρυτική σφεντόνα, όπως φαίνεται εδώ, είναι πώς ένα διαστημικό σκάφος μπορεί να αυξήσει την ταχύτητά του μέσω μιας βαρύτητας. (WIKIMEDIA COMMONS USER ZEIMUSU)

Αυτός ο τύπος ελιγμών είναι γνωστός ως υποβοήθηση βαρύτητας, και ήταν απαραίτητο να βγει τόσο το Voyager 1 όσο και το Voyager 2 στο δρόμο τους από το Ηλιακό Σύστημα, και πιο πρόσφατα, για να πετάξουν οι Νέοι Ορίζοντες από τον Πλούτωνα. Παρόλο που ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας έχουν θεαματικά μεγάλες τροχιακές περιόδους 84 και 165 ετών, αντίστοιχα, τα παράθυρα αποστολής για την επανάληψή τους επαναλαμβάνονται κάθε 12 χρόνια περίπου: κάθε φορά που ο Δίας ολοκληρώνει μια τροχιά.

Ένα διαστημικό σκάφος που εκτοξεύεται από τη Γη συνήθως πετά από μερικούς από τους εσωτερικούς πλανήτες μερικές φορές για την προετοιμασία για μια βοήθεια βαρύτητας από τον Δία. Ένα διαστημικό σκάφος που πετάει από έναν πλανήτη μπορεί να πάρει σφουγγαράκια - το βαρυτικό σφεντόνα είναι μια λέξη για μια βοήθεια βαρύτητας που την ενισχύει - σε μεγαλύτερες ταχύτητες και ενέργειες. Αν θέλαμε, οι ευθυγραμμίσεις είναι σωστές που θα μπορούσαμε να ξεκινήσουμε μια αποστολή στο Ποσειδώνα σήμερα. Ο Ουρανός, όσο πιο κοντά, είναι ακόμη πιο εύκολο να φτάσετε.

Η διαδρομή πτήσης της NASA για τον ανιχνευτή Messenger, η οποία κατέληξε σε μια επιτυχημένη, σταθερή τροχιά γύρω από τον Ερμή μετά από μια σειρά βαρύτητας. Η ιστορία είναι παρόμοια αν θέλετε να πάτε στο εξωτερικό Ηλιακό Σύστημα, εκτός εάν χρησιμοποιείτε τη βαρύτητα για να προσθέσετε στην ηλιοκεντρική σας ταχύτητα, αντί να αφαιρέσετε από αυτό. (NASA / JHUAPL)

Πριν από μια δεκαετία, η αποστολή Argo προτάθηκε: θα πετούσε με αντικείμενα ζώνης Jupiter, Saturn, Neptune και Kuiper, με παράθυρο εκτόξευσης που θα διαρκούσε από το 2015 έως το 2019. Αλλά οι αποστολές fly-by είναι εύκολες, επειδή δεν έχετε να επιβραδύνει το διαστημικό σκάφος. Η εισαγωγή του σε τροχιά γύρω από έναν κόσμο είναι πιο δύσκολη, αλλά είναι επίσης πολύ πιο ικανοποιητική.

Αντί για ένα πάσο, ένας τροχιακός μπορεί να σας προσφέρει κάλυψη ολόκληρου του κόσμου, πολλές φορές, για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Μπορείτε να δείτε τις αλλαγές στην ατμόσφαιρα ενός κόσμου και να τον εξετάσετε συνεχώς σε μια μεγάλη ποικιλία μηκών κύματος που δεν είναι ορατά στο ανθρώπινο μάτι. Μπορείτε να βρείτε νέα φεγγάρια, νέους δακτυλίους και νέα φαινόμενα που δεν περιμένατε ποτέ. Μπορείτε ακόμη και να στείλετε έναν εκφορτωτή ή έναν ανιχνευτή στον πλανήτη ή σε ένα από τα φεγγάρια του. Όλα αυτά και άλλα έχουν ήδη συμβεί γύρω από τον Κρόνο με την πρόσφατα ολοκληρωμένη αποστολή Cassini.

Μια εικόνα του 2012 (L) και του 2016 (R) του βόρειου πόλου του Κρόνου, που τραβήχτηκαν και οι δύο με την ευρυγώνια κάμερα Cassini. Η διαφορά στο χρώμα οφείλεται σε αλλαγές στη χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας του Κρόνου, όπως προκαλείται από άμεσες φωτοχημικές αλλαγές. (ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ NASA / JPL-CALTECH / SPACE SCIENCE)

Ο Κασίνι δεν έμαθε μόνο για τις φυσικές και ατμοσφαιρικές ιδιότητες του Κρόνου, αν και το έκανε εντυπωσιακά. Δεν έβγαλε απλώς εικόνα και έμαθε για τα δαχτυλίδια, αν και το έκανε επίσης. Το πιο απίστευτο είναι ότι παρατηρήσαμε αλλαγές και παροδικά γεγονότα που δεν θα είχαμε προβλέψει ποτέ. Ο Κρόνος παρουσίασε εποχιακές αλλαγές, οι οποίες αντιστοιχούσαν σε χημικές και χρωματικές αλλαγές γύρω από τους πόλους του. Μια κολοσσιαία καταιγίδα αναπτύχθηκε στον Κρόνο, περικυκλώνει τον πλανήτη και διαρκεί για πολλούς μήνες. Τα δαχτυλίδια του Κρόνου βρέθηκαν να έχουν έντονες κάθετες δομές και να αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. είναι δυναμικά και όχι στατικά, και παρέχουν ένα εργαστήριο για να μας διδάξει για τον σχηματισμό πλανήτη και σελήνης. Και, με τα δεδομένα του, λύσαμε παλιά προβλήματα και ανακαλύψαμε νέα μυστήρια σχετικά με τα φεγγάρια του Iapetus, Titan και Enceladus, μεταξύ άλλων.

Για μια περίοδο 8 μηνών, η μεγαλύτερη καταιγίδα στο Ηλιακό Σύστημα οργίστηκε, περικυκλώνοντας ολόκληρο τον γίγαντα του φυσικού αερίου και ικανό να χωρέσει έως και 10 έως 12 Γη μέσα. (ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ NASA / JPL-CALTECH / SPACE SCIENCE)

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι θα θέλαμε να κάνουμε το ίδιο για τον Ουρανό και τον Ποσειδώνα. Πολλές αποστολές σε τροχιά στον Ουρανό και τον Ποσειδώνα έχουν προταθεί και έχουν φτάσει αρκετά μακριά στη διαδικασία υποβολής της αποστολής, αλλά καμία δεν έχει προγραμματιστεί να κατασκευαστεί ή να πετάξει. Η NASA, η ESA, η JPL και το ΗΒ έχουν προτείνει όλους τους τροχιακούς τροχούς του Ουρανού που βρίσκονται ακόμη σε εξέλιξη, αλλά κανείς δεν ξέρει τι ισχύει για το μέλλον.

Μέχρι στιγμής, έχουμε μελετήσει μόνο αυτούς τους κόσμους από μακριά. Αλλά υπάρχει μια τεράστια ελπίδα για μια μελλοντική αποστολή πολλά χρόνια από τώρα, όταν τα παράθυρα εκτόξευσης για να φτάσουν και στους δύο κόσμους θα ευθυγραμμιστούν ταυτόχρονα. Το 2034, η εννοιολογική αποστολή ODINUS θα έστελνε ταυτόχρονα δίδυμους τροχούς τόσο στον Ουρανό όσο και στον Ποσειδώνα. Η ίδια η αποστολή θα ήταν μια θεαματική, κοινή επιχείρηση μεταξύ της NASA και της ESA.

Οι δύο τελευταίοι (εξόχως) δακτύλιοι του Ουρανού, όπως ανακαλύφθηκε από τον Χαμπλ. Ανακαλύψαμε τόση δομή στους εσωτερικούς δακτυλίους του Ουρανού από το Voyager 2 fly-by, αλλά ένας τροχιάς μπορούσε να μας δείξει ακόμη περισσότερα. (NASA, ESA ΚΑΙ M. SHOWALTER (SETI INSTITUTE))

Μία από τις σημαντικότερες αποστολές κατηγορίας που προτάθηκε στην πλανητική έρευνα δεκαδικών επιστημών της NASA το 2011 ήταν ένας ανιχνευτής και ένας τροχιάς του Ουρανού. Αυτή η αποστολή κατατάχθηκε στην τρίτη προτεραιότητα, πίσω από το rover Mars 2020 και τον τροχιά Europa Clipper. Ένας καθετήρας Uranus-and-orbiter θα μπορούσε να ξεκινήσει κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 2020 με ένα παράθυρο 21 ημερών κάθε χρόνο: όταν η Γη, ο Δίας και ο Ουρανός έφτασαν στις βέλτιστες θέσεις. Ο τροχιακός θα είχε τρία ξεχωριστά όργανα πάνω του σχεδιασμένο για να απεικονίζει και να μετρά διάφορες ιδιότητες του Ουρανού, των δακτυλίων του και των φεγγαριών του. Ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας θα πρέπει να έχουν τεράστιους υγρούς ωκεανούς κάτω από την ατμόσφαιρά τους και ένας τροχιάς θα πρέπει να μπορεί να το ανακαλύψει με βεβαιότητα. Ο ατμοσφαιρικός ανιχνευτής θα μετρήσει τα μόρια που σχηματίζουν σύννεφο, την κατανομή θερμότητας και πώς η ταχύτητα του ανέμου άλλαξε με το βάθος.

Η αποστολή ODINUS, που προτάθηκε από την ESA ως κοινοπραξία με τη NASA, θα εξερευνήσει τόσο τον Ποσειδώνα όσο και τον Ουρανό με ένα διπλό σύνολο τροχιών. (ΟΜΑΔΑ ODINUS - MART / ODINUS.IAPS.INAF.IT)

Προτείνεται από το πρόγραμμα Cosmic Vision της ESA, η αποστολή Origins, Dynamics and Interiors of the Neptunian and Uranian Systems (ODINUS) πηγαίνει ακόμη περισσότερο: η επέκταση αυτής της ιδέας σε δύο δίδυμους τροχιακούς, που θα έστελναν έναν στον Ποσειδώνα και έναν στον Ουρανό. Ένα παράθυρο εκκίνησης το 2034, όπου η Γη, ο Δίας, ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας ευθυγραμμίζονται σωστά, θα μπορούσαν να τα στείλουν και τα δύο ταυτόχρονα.

Οι αποστολές Flyby είναι ιδανικές για τις πρώτες συναντήσεις, καθώς μπορείτε να μάθετε πολλά για έναν κόσμο βλέποντάς τον από κοντά. Είναι επίσης υπέροχοι επειδή μπορούν να επιτύχουν πολλαπλούς στόχους, ενώ οι τροχιοί είναι κολλημένοι σε οποιονδήποτε κόσμο επιλέγουν να περιστρέφονται. Τέλος, οι τροχιτές πρέπει να φέρουν καύσιμα στο πλοίο για να εκτελέσουν εγκαύματα, να επιβραδύνουν και να εισέλθουν σε μια σταθερή τροχιά, καθιστώντας μια αποστολή πολύ πιο ακριβή. Όμως, η επιστήμη που αποκτάτε από το να παραμείνετε μακροπρόθεσμα σε έναν πλανήτη, θα έλεγα, κάτι παραπάνω από το αντιστάθμισμα.

Όταν περιστρέφεστε σε έναν κόσμο, μπορείτε να τον δείτε από όλες τις πλευρές, καθώς και από τους δακτυλίους του, τα φεγγάρια του και πώς συμπεριφέρονται με την πάροδο του χρόνου. Χάρη στην Cassini, για παράδειγμα, ανακαλύψαμε την ύπαρξη ενός νέου δακτυλίου που προέρχεται από τον αστεροειδή Phoebe που έχει συλληφθεί, και τον ρόλο του στο σκοτάδι μόνο του μισού του μυστηριώδους φεγγαριού Iapetus. (ΣΜΙΘΣΟΝΙΑΚΟΣ ΑΕΡΑ & ΧΩΡΟΣ, ΠΟΥ ΠΡΟΕΡΧΟΝΤΑΙ ΑΠΟ ΕΙΚΟΝΕΣ NASA / CASSINI)

Οι τρέχοντες περιορισμοί σε μια αποστολή όπως αυτή δεν προέρχονται από τεχνικά επιτεύγματα. η τεχνολογία υπάρχει για να το κάνει σήμερα. Οι δυσκολίες είναι:

  • Πολιτικό: επειδή ο προϋπολογισμός της NASA είναι πεπερασμένος και περιορισμένος, και οι πόροι της πρέπει να εξυπηρετούν ολόκληρη την κοινότητα,
  • Φυσικό: επειδή ακόμη και με το νέο βαρέως τύπου ανυψωτικό όχημα της NASA, την άτυπη έκδοση του SLS, μπορούμε να στείλουμε μόνο περιορισμένη ποσότητα μάζας στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα και
  • Πρακτικό: επειδή σε αυτές τις απίστευτες αποστάσεις από τον Ήλιο, τα ηλιακά πάνελ δεν θα το κάνουν. Χρειαζόμαστε ραδιενεργές πηγές για να τροφοδοτήσουμε ένα διαστημικό σκάφος τόσο μακρινό, και μπορεί να μην έχουμε αρκετό για να κάνουμε τη δουλειά.

Αυτό το τελευταίο, ακόμη και αν όλα τα άλλα ευθυγραμμίζονται, μπορεί να είναι ο διαπραγματευτής.

Ένα σφαιρίδιο οξειδίου Plutonium-238 λάμπει από τη δική του θερμότητα. Παράγεται επίσης ως υποπροϊόν των πυρηνικών αντιδράσεων, το Pu-238 είναι το ραδιονουκλίδιο που χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία οχημάτων μεγάλου διαστήματος, από το Mars Curiosity Rover έως το εξαιρετικά μακρινό διαστημικό σκάφος Voyager. (ΤΜΗΜΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΗΠΑ)

Το Plutonium-238 είναι ένα ισότοπο που δημιουργήθηκε για την επεξεργασία πυρηνικών υλικών και τα περισσότερα από τα καταστήματά μας προέρχονται από μια εποχή που δημιουργούσαμε και αποθηκεύσαμε ενεργά πυρηνικά όπλα. Η χρήση του ως θερμοηλεκτρικής γεννήτριας ραδιοϊσοτόπων (RTG) υπήρξε θεαματική για αποστολές στη Σελήνη, τον Άρη, τον Δία, τον Κρόνο, τον Πλούτωνα και μια σειρά από ανιχνευτές βαθιού διαστήματος, συμπεριλαμβανομένων των διαστημικών σκαφών Pioneer και Voyager.

Αλλά σταματήσαμε να το παράγουμε το 1988 και οι επιλογές μας να το αγοράσουμε από τη Ρωσία μειώθηκαν καθώς σταμάτησαν επίσης να το παράγουν. Έχει ξεκινήσει μια πρόσφατη προσπάθεια για την κατασκευή νέου Pu-238 στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge, που παράγει περίπου 2 ουγγιές έως τα τέλη του 2015. Η συνεχής ανάπτυξη εκεί, καθώς και η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας του Οντάριο, θα μπορούσε να δημιουργήσει αρκετή δύναμη για την αποστολή μέχρι το 2030 .

Ένα ράψιμο δύο ανοιγμάτων 591-s που λαμβάνονται μέσω του καθαρού φίλτρου της κάμερας ευρείας γωνίας από το Voyager 2, δείχνοντας το σύστημα πλήρους δακτυλίου του Ποσειδώνα με την υψηλότερη ευαισθησία. Ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας έχουν πολλές ομοιότητες, αλλά μια αφοσιωμένη αποστολή θα μπορούσε επίσης να εντοπίσει πρωτοφανείς διαφορές. (NASA / JPL)

Όσο πιο γρήγορα κινείστε όταν συναντάτε έναν πλανήτη, τόσο περισσότερα καύσιμα πρέπει να προσθέσετε στο διαστημόπλοιό σας για να επιβραδύνετε και να εισαγάγετε τον εαυτό σας σε τροχιά. Για αποστολή στον Πλούτωνα, δεν υπήρχε πιθανότητα. Το New Horizons ήταν πολύ μικρό και η ταχύτητά του ήταν πολύ μεγάλη, καθώς η μάζα του Πλούτωνα είναι αρκετά χαμηλή για να δοκιμάσει μια τροχιακή εισαγωγή. Αλλά για τον Ποσειδώνα και τον Ουρανό, ειδικά αν επιλέξουμε τη σωστή βοήθεια βαρύτητας από τον Δία και πιθανώς τον Κρόνο, αυτό θα μπορούσε να είναι εφικτό. Εάν θέλουμε να πάμε μόνο για τον Ουρανό, θα μπορούσαμε να ξεκινήσουμε κάθε χρόνο κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 2020. Αλλά αν θέλουμε να πάμε και για τους δύο, το οποίο κάνουμε, το 2034 είναι η χρονιά που πρέπει να ακολουθήσουμε! Ο Ποσειδώνας και ο Ουρανός μπορεί να μοιάζουν με εμάς όσον αφορά τη μάζα, τη θερμοκρασία και την απόσταση, αλλά μπορεί πραγματικά να είναι τόσο διαφορετικοί όσο η Γη από την Αφροδίτη. Υπάρχει μόνο ένας τρόπος να το μάθετε. Με λίγη τύχη και πολλή επένδυση και σκληρή δουλειά, μπορεί να μάθουμε μέσα στη ζωή μας.

Στείλτε τις ερωτήσεις σας στο Ethan στο startswithabang στο gmail dot com!

(Σημείωση: Ευχαριστώ τον υποστηρικτή του Patreon Erik Jensen για το ερώτημα!)

Το Starts With A Bang είναι τώρα στο Forbes και αναδημοσιεύεται στο Medium χάρη στους υποστηρικτές του Patreon. Ο Ethan έχει συγγράψει δύο βιβλία, το Beyond The Galaxy και το Treknology: The Science of Star Trek από το Tricorder στο Warp Drive.