Ang Voyager 2 ay lumipad ng parehong Uranus (R) at Neptune (L), at ipinahayag ang mga katangian, kulay, atmospheres, at mga sistema ng singsing ng parehong mga mundo. Pareho silang may singsing, maraming mga kagiliw-giliw na buwan, at mga atmospheric at mga hindi pangkaraniwang bagay na naghihintay lamang tayo upang siyasatin. (NASA / VOYAGER 2)

Tanungin si Ethan: Maaari ba kaming magpadala ng Isang Cassini-Tulad ng Misyon Upang Uranus O Neptune?

Itinuro kami sa amin ng Cassini spacecraft ng NASA kaysa sa naisip namin tungkol sa Saturn. Maaari ba tayong gumawa ng katulad na para sa Uranus at Neptune?

Mula sa kung nasaan tayo sa Solar System, tinitingnan ang malayong Uniberso kasama ang aming makapangyarihang ground-based at space-based na mga obserbatoryo ay nagbigay sa amin ng mga pananaw at kaalaman na marami sa atin ay hindi naisip na makamit. Ngunit wala pa ring kapalit para sa aktwal na paglalakbay sa isang malayong lokasyon, tulad ng itinuro sa amin ng mga nakatuon na misyon sa marami sa mga planeta. Sa kabila ng lahat ng mga mapagkukunan na aming nakatuon sa agham ng planeta, nagpadala lamang kami ng isang misyon sa Uranus at Neptune: Voyager 2, na lumipad lamang sa kanila. Ano ang aming mga prospect para sa isang orbiter mission sa mga panlabas na mundo? Iyon ang nais malaman ng tagasuporta ng Patreon na si Erik Jensen, habang tinatanong niya:

May isang window na darating kapag ang spacecraft ay maaaring maipadala sa Uranus o Neptune gamit ang Jupiter para sa isang gravitational boost. Ano ang mga hadlang sa paggamit nito ngunit nagawang mabagal nang sapat para sa pagpasok ng orbit sa paligid ng mga "higanteng yelo"?

Tignan natin.

Habang ang isang visual na inspeksyon ay nagpapakita ng isang malaking puwang sa pagitan ng laki ng Earth at laki ng Neptune, ang katotohanan ay maaari ka lamang maging tungkol sa 25% na mas malaki kaysa sa Earth at maging mabato pa. Anumang bagay na mas malaki, at ikaw ay higit pa sa isang higanteng gas. Habang ang Jupiter at Saturn ay may napakalaking sobre ng gas, na binubuo ng humigit-kumulang na 85% ng mga planeta, ang Neptune at Uranus ay magkakaiba, at dapat magkaroon ng malaki, likidong karagatan sa ilalim ng kanilang mga atmospheres. (LUNAR AT PLANETARY INSTITUTE)

Ang Solar System ay isang kumplikado - ngunit salamat, regular - lugar. Ang pinakamahusay na paraan upang makarating sa panlabas na Sistema ng Solar, na ang ibig sabihin, ang anumang planeta na lampas kay Jupiter, ay ang paggamit mismo ng Jupiter upang matulungan kang makarating doon. Sa pisika, sa tuwing mayroon kang isang maliit na bagay (tulad ng isang spacecraft) lumipad ng isang napakalaking, nakatigil na isa (tulad ng isang bituin o planeta), ang puwersa ng gravitational ay maaaring baguhin ang bilis nito, ngunit ang bilis nito ay dapat manatiling pareho.

Ngunit kung mayroong isang ikatlong bagay na mahalaga sa grabidad, ang kwentong iyon ay nagbabago nang kaunti, at sa isang paraan na partikular na may kaugnayan sa pag-abot sa panlabas na Solar System. Ang isang spacecraft na lumilipad sa pamamagitan ng, sabihin, isang planeta na nakasalalay sa Araw, ay maaaring makakuha ng bilis o mawala sa pamamagitan ng pagnanakaw-o-pagbibigay-momentum sa planeta / Sun system. Ang malaking planeta ay hindi nagmamalasakit, ngunit ang spacecraft ay maaaring makakuha ng isang pagpapalakas (o isang deceleration) depende sa tilapon nito.

Ang isang gravitational slingshot, tulad ng ipinakita dito, kung paano maaaring dagdagan ng isang spacecraft ang bilis nito sa pamamagitan ng tulong sa gravity. (WIKIMEDIA COMMONS USER ZEIMUSU)

Ang ganitong uri ng pagmamaniobra ay kilala bilang tulong sa gravity, at napakahalaga sa pagkuha ng parehong Voyager 1 at Voyager 2 sa kanilang paglabas mula sa Solar System, at higit pa kamakailan, sa pagkuha ng New Horizons na lumipad ni Pluto. Kahit na ang Uranus at Neptune ay may kamangha-manghang mahabang orbital na panahon ng 84 at 165 taon, ayon sa pagkakabanggit, ang mga windows windows para sa pagkuha sa kanila muli sa tuwing 12 taon o higit pa: sa tuwing nakumpleto ng Jupiter ang isang orbit.

Ang isang spacecraft na inilunsad mula sa Earth ay karaniwang lilipad ng ilang mga panloob na planeta ng ilang beses bilang paghahanda para sa isang tulong na gravity mula sa Jupiter. Ang isang spacecraft na lumilipad sa pamamagitan ng isang planeta ay maaaring makakuha ng salawikain na slingshotted - ang gravitational slingshot ay isang salita para sa tulong ng gravity na pinalalaki ito - sa mas higit na bilis at lakas. Kung nais namin, tama ang mga pagkakahanay na maaari naming ilunsad ang isang misyon sa Neptune ngayon. Ang Uranus, pagiging mas malapit, ay mas madaling makarating.

Ang landas ng paglipad ng NASA para sa pagsisiyasat ng Messenger, na nasugatan sa isang matagumpay, matatag na orbit sa paligid ng Mercury matapos ang isang bilang ng mga gravity na tumutulong. Ang kwento ay katulad kung nais mong pumunta sa panlabas na Solar System, maliban sa gumamit ka ng gravity upang idagdag sa iyong bilis ng heliocentric, sa halip na ibawas ito. (NASA / JHUAPL)

Isang dekada na ang nakalilipas, ang misyon ng Argo ay iminungkahi: ito ay lumipad-sa pamamagitan ng Jupiter, Saturn, Neptune, at Kuiper belt na mga bagay, na may isang window ng paglulunsad na tumatagal mula 2015 hanggang 2019. Ngunit ang mga fly-by na misyon ay madali, dahil wala kang upang pabagalin ang spacecraft. Ang pagpasok nito sa orbit sa buong mundo ay mas mahirap, ngunit mas nakakaantig din ito.

Sa halip na isang solong pass, maaaring makuha ka ng isang orbiter sa buong saklaw ng buong mundo, nang maraming beses, sa mahabang panahon. Maaari mong makita ang mga pagbabago sa kapaligiran ng isang mundo, at suriin ito nang patuloy sa isang malawak na iba't ibang mga haba ng haba na hindi nakikita ng mata ng tao. Maaari kang makahanap ng mga bagong buwan, bagong singsing, at mga bagong kababalaghan na hindi mo inaasahan. Maaari ka ring magpadala ng isang lander o pagsisiyasat sa planeta o isa sa mga buwan nito. Lahat ng iyon at marami pa ang nangyari sa paligid ng Saturn kasama ang kamakailan-nakatapos na Cassini mission.

Isang 2012 (L) at isang larawan ng 2016 (R) ng north poste ng Saturn, na parehong kinuha gamit ang camera ng malapad na anggulo ng Cassini. Ang pagkakaiba sa kulay ay dahil sa mga pagbabago sa kemikal na komposisyon ng kapaligiran ng Saturn, tulad ng sapilitan ng mga direktang pagbabago sa photochemical. (NASA / JPL-CALTECH / SPACE SCIENCE INSTITUTE)

Hindi lamang natutunan ni Cassini ang tungkol sa mga pisikal at atmospheric na katangian ng Saturn, bagaman ginawa ito ng kamangha-manghang iyon. Hindi lamang ito imahe at natutunan ang tungkol sa mga singsing, kahit na ginawa din iyon. Ano ang hindi kapani-paniwala na napansin namin ang mga pagbabago at mga lumilipas na mga kaganapan na hindi namin nais mahulaan. Ipinakita ng Saturn ang pana-panahong pagbabago, na nauugnay sa mga pagbabago sa kemikal at kulay sa paligid ng mga poste nito. Isang napakalaking bagyo na binuo sa Saturn, na pumapalibot sa planeta at tumatagal ng maraming buwan. Ang mga singsing ng Saturn ay natagpuan na may matinding patayo na istruktura at magbabago sa paglipas ng panahon; sila ay mga dynamic at hindi static, at magbigay ng isang laboratoryo upang maituro sa amin ang tungkol sa pagbuo ng planeta-at-buwan. At, kasama ang data nito, nalutas namin ang mga lumang problema at natuklasan ang mga bagong misteryo tungkol sa mga buwan nitong Iapetus, Titan, at Enceladus, bukod sa iba pa.

Sa loob ng isang panahon ng 8 buwan, ang pinakamalaking bagyo sa Solar System ay nagagalit, na pumapaligid sa buong mundo ng higanteng gas at may kakayahang umangkop ng mga 10-to-12 na Daigdig sa loob. (NASA / JPL-CALTECH / SPACE SCIENCE INSTITUTE)

May kaunting pagdududa na nais naming gawin ang parehong para sa Uranus at Neptune. Maraming mga naglalakad na misyon sa Uranus at Neptune ang iminungkahi at ginawang malayo sa proseso ng pagsusumite ng misyon, ngunit wala talagang aktwal na naitalang itayo o lumipad. Ang NASA, ang ESA, JPL, at UK ay mayroong lahat ng iminungkahing orbiter ng Uranus na nasa pagpapatakbo, ngunit walang nakakaalam kung ano ang hinaharap.

Sa ngayon, napag-aralan lamang natin ang mga mundong ito mula sa malayo. Ngunit mayroong isang napakalaking pag-asa para sa isang hinaharap na misyon ng maraming taon mula ngayon, kapag ang paglulunsad ng mga bintana upang maabot ang parehong mga mundo ay magkakasabay na magkahanay. Noong 2034, ang misyon na konseptuwal na ODINUS ay magpapadala ng kambal na mga orbiter sa parehong Uranus at Neptune nang sabay-sabay. Ang misyon mismo ay magiging isang kamangha-manghang, magkasanib na pakikipagsapalaran sa pagitan ng NASA at ESA.

Ang panghuling dalawa (pinakamalayo) na singsing ng Uranus, tulad ng natuklasan ni Hubble. Natagpuan namin ang napakaraming istraktura sa panloob na singsing ng Uranus mula sa fly-by ng Voyager 2, ngunit ang isang orbiter ay maaaring magpakita sa amin ng higit pa. (NASA, ESA, AT M. SHOWALTER (SETI INSTITUTE))

Ang isa sa mga pangunahing, misyon sa klase na punong barko na iminungkahi sa surveyary science decadal ng NASA noong 2011 ay isang Uranus probe at orbiter. Ang misyon na ito ay niraranggo sa ikatlong priyoridad, sa likod ng Mars 2020 rover at ang Europa Clipper orbiter. Ang isang Uranus probe-and-orbiter ay maaaring maglunsad sa panahon ng 2020s na may isang window ng 21 araw bawat taon: kapag ang Earth, Jupiter, at Uranus ay nakarating sa pinakamainam na posisyon. Ang orbiter ay magkakaroon ng tatlong magkahiwalay na mga instrumento sa disenyo nito upang idisenyo at masukat ang iba't ibang mga katangian ng Uranus, mga singsing, at mga buwan nito. Ang Uranus at Neptune ay dapat magkaroon ng napakalaking likidong karagatan sa ilalim ng kanilang mga atmospheres, at dapat na matuklasan ito ng isang orbiter. Susukat ng atmospheric probe ang mga molecule na bumubuo ng ulap, pamamahagi ng init, at kung paano nagbago ang bilis ng hangin.

Ang misyon ng ODINUS, na iminungkahi ng ESA bilang isang pinagsamang pakikipagsapalaran sa NASA, ay galugarin ang parehong Neptune at Uranus na may isang kambal na hanay ng mga orbit. (ODINUS TEAM - MART / ODINUS.IAPS.INAF.IT)

Ang iminungkahi ng programa ng Cosmic Vision ng ESA, ang Pinagmulan, Dinamika, at Interiors ng Neptunian at Uranian System (ODINUS) na misyon ay napapalayo pa: ang pagpapalawak ng konseptong ito sa dalawang kambal na orbiter, na magpapadala ng isa sa Neptune at isa sa Uranus. Ang isang window ng paglunsad noong 2034, kung saan ang Earth, Jupiter, Uranus, at Neptune ay pawang magkahanay nang maayos, ay maaaring maipadala silang pareho nang sabay-sabay.

Ang mga misyon ng flyby ay mahusay para sa mga unang nakatagpo, dahil marami kang matututunan tungkol sa isang mundo sa pamamagitan ng nakikita itong malapit. Magaling din sila dahil maabot nila ang maraming mga target, habang ang mga orbit ay natigil sa kahit anong mundo na kanilang pipiliin. Sa wakas, ang mga orbiter ay kailangang magdala ng gasolina sa board upang maisagawa ang mga paso, pabagalin, at magpasok ng isang matatag na orbit, na ginagawang mas mahal ang isang misyon. Ngunit ang agham na nakukuha mo mula sa natitirang pangmatagalan sa paligid ng isang planeta, nais kong magtaltalan, higit pa sa bumubuo para dito.

Kapag nag-orbit ka ng isang mundo, makikita mo ito mula sa lahat ng panig, pati na rin ang mga singsing, mga buwan nito, at kung paano sila kumilos sa paglipas ng panahon. Salamat kay Cassini, halimbawa, natuklasan namin ang pagkakaroon ng isang bagong singsing na nagmula sa nakunan na asteroid Phoebe, at ang papel nito sa pagdidilim ng isang kalahati ng mahiwagang buwan na Iapetus. (SMITHSONIAN AIR & SPACE, DERIVED MULA SA NASA / CASSINI IMAGES)

Ang kasalukuyang mga limitasyon sa isang misyon tulad nito ay hindi nagmula sa mga nagawa sa teknikal; umiiral ang teknolohiya upang gawin ito ngayon. Ang mga paghihirap ay:

  • Pampulitika: dahil ang badyet ng NASA ay may hangganan at limitado, at ang mga mapagkukunan nito ay dapat maglingkod sa buong pamayanan,
  • Pisikal: dahil kahit na sa bagong mabibigat na sasakyan ng NASA, ang walang basong bersyon ng SLS, maaari lamang kaming magpadala ng isang limitadong dami ng masa sa panlabas na solar system, at
  • Praktikal: dahil sa mga hindi kapani-paniwalang mga distansya mula sa Linggo, ang mga solar panel ay hindi gagawin. Kailangan namin ang mga mapagkukunan ng radioaktibo upang maipalabas ang isang spacecraft na malayo, at maaaring hindi namin sapat na gawin ang trabaho.

Iyon ang una, kahit na ang lahat ay nakahanay, ay maaaring maging dealbreaker.

Isang Plutonium-238 oxide pellet na kumikinang mula sa sarili nitong init. Ginawa din bilang isang by-produkto ng mga reaksyong nukleyar, ang Pu-238 ay ang radionuclide na ginamit upang makapangyarihang mga sasakyan ng malalalim na espasyo, mula sa Mars Curiosity Rover hanggang sa ultra-malayong spacecraft ng Voyager. (US DEPARTMENT OF ENERGY)

Ang Plutonium-238 ay isang isotop na nilikha sa pagproseso ng materyal na nuklear, at ang karamihan sa aming mga tindahan dito ay nagmula sa isang oras na aktibong nilikha at nagtataguyod ng mga sandatang nuklear. Ang paggamit nito bilang isang radioisotope thermoelectric generator (RTG) ay naging kamangha-manghang para sa mga misyon sa Buwan, Mars, Jupiter, Saturn, Pluto at isang pagpatay sa mga malalim na mga pagsubok sa espasyo, kabilang ang Pioneer at Voyager spacecrafts.

Ngunit tumigil kami sa paggawa nito noong 1988, at ang aming mga pagpipilian upang bilhin ito mula sa Russia ay humina nang tumigil sila sa paggawa nito. Ang isang kamakailang pagsisikap na gumawa ng bagong Pu-238 sa Oak Ridge National Laboratory ay nagsimula, na gumagawa ng mga 2 ounces sa pagtatapos ng 2015. Ang patuloy na pag-unlad doon, pati na rin sa pamamagitan ng Ontario Power Generation, ay maaaring lumikha ng sapat upang makapangyarihan ng isang misyon sa 2030s .

Ang isang stitching na magkasama ng dalawang 591-s exposures na nakuha sa pamamagitan ng malinaw na filter ng malawak na anggulo ng camera mula sa Voyager 2, na ipinapakita ang buong sistema ng singsing ng Neptune na may pinakamataas na sensitivity. Ang Uranus at Neptune ay may maraming pagkakapareho, ngunit ang isang nakalaang misyon ay makakakita rin ng hindi naganap na mga pagkakaiba-iba. (NASA / JPL)

Ang mas mabilis na paglipat mo kapag nakatagpo ka ng isang planeta, mas maraming gasolina na kailangan mong idagdag sa iyong spacecraft upang mapabagal at ipasok ang iyong sarili sa orbit. Para sa isang misyon sa Pluto, walang pagkakataon; Ang mga bagong Horizons ay napakaliit at ang bilis nito ay napakahusay, kasama ang misa ni Pluto ay medyo mababa upang subukan at gumawa ng isang orbital insertion. Ngunit para sa Neptune at Uranus, lalo na kung pipiliin natin ang tamang gravity na tumutulong mula kay Jupiter at marahil Saturn, maaari itong magawa. Kung nais naming pumunta para lamang sa Uranus, maaari naming ilunsad ang anumang taon sa panahon ng 2020s. Ngunit kung nais naming pumunta para sa kanilang dalawa, na ginagawa namin, 2034 ay ang taon na pupunta! Ang Neptune at Uranus ay maaaring magmukhang katulad sa amin sa mga tuntunin ng masa, temperatura, at distansya, ngunit maaari silang tunay na magkakaiba tulad ng Earth ay mula sa Venus. May isang paraan lamang upang malaman. Sa kaunting swerte, at maraming pamumuhunan at kasipagan, maaaring malaman natin sa loob ng ating buhay.

Ipadala sa iyong Itanong ang mga katanungan sa Ethan sa Startwithabang sa gmail dot com!

(Tandaan: Salamat sa Patreon tagasuporta na si Erik Jensen sa pagtatanong!)

Ang Starts With A Bang ay nasa Forbes na ngayon, at nai-publish sa Medium salamat sa aming mga tagasuporta ng Patreon. Mayroong akda si Ethan ng dalawang libro, Beyond The Galaxy, at Treknology: Ang Science of Star Trek mula sa Tricorder hanggang Warp Drive.