Voyager 2 ass vum Uranus (R) an dem Neptun (L) fortgelaf an huet d'Eegeschafte, d'Faarwen, d'Atmosphär, an d'Ringsystemer vu béide Welten opgedeckt. Si hu béid Réng, vill interessant Mounden, an atmosphäresch an Uewerflächefenomener déi mir just waarden fir z'ënnersichen. (NASA / VOYAGER 2)

Den Ethan freet: Kënne mir eng Cassini-ähnlech Missioun op Uranus Oder Neptun schécken?

D'NASA Cassini Raumsond huet eis méi geléiert wéi mir jeemools iwwer de Saturn virgestallt hunn. Kënne mir eppes ähnleches fir den Uranus an den Neptun maachen?

Vu wou mir am Sonnesystem sinn, ausgesinn op de wäitem Universum mat eise mächtegen Terrain-baséiert a Weltraumbaséierten Observatoiren huet eis Usiichten a Wësse ginn, déi vill vun eis ni geduecht hunn, mir géife erreechen. Awer et gëtt ëmmer nach keen Ersatz fir tatsächlech op enger wäiter Plaz ze reesen, sou engagéiert Missioune fir vill vun de Planéiten hunn eis geléiert. Trotz all de Ressourcen, déi mir der Planetarescher Wëssenschaft gewidmet hunn, hu mir nëmmen eng Missioun op den Uranus an den Neptun geschéckt: Voyager 2, déi nëmme vun hinne fort geflunn hunn. Wat sinn eis Perspektiven fir eng Ëmlafmissioun op déi baussenzeg Welten? Dat ass wat eise Patreon Ënnerstëtzer Erik Jensen wëll wëssen, wéi hie freet:

Et ass eng Fënster ukomm wann Raumschëff konnt Uranus oder Neptun mat Jupiter fir e gravitativen Boost geschéckt ginn. Wat sinn dës Restriktioune fir et ze benotzen, awer ze fäeg ze sinn genuch fir an d'Äis Risen ze goen?

Loosst eis kucken.

Wärend eng visuell Inspektioun e grousse Gruef tëscht Äerdgréisst an Neptun-Gréisst Welten weist, ass d'Realitéit datt Dir nëmmen ongeféier 25% méi grouss wéi d'Äerd ka sinn an nach ëmmer steineg sinn. Alles méi grouss, an Dir sidd méi e Gasgigant. Iwwerdeems de Jupiter an de Saturn enorm Gasenkupelen hunn, ongeféier 85% vun dëse Planéiten ausmaachen, sinn den Neptun an den Uranus ganz ënnerschiddlech, a solle grouss, flësseg Ozeanen ënner hiren Atmosphäre hunn. (LUNAR A PLANETAIR INSTITUTE)

De Sonnesystem ass eng komplizéiert - awer glécklecherweis, reegelméisseg - Plaz. De beschte Wee fir zum baussenzege Sonnesystem ze kommen, dat heescht, all Planéit doriwwer eraus Jupiter, ass de Jupiter selwer ze benotzen fir Iech do ze hëllefen. An der Physik, wann Dir e klengen Objet hutt (wéi e Raumschëff) vun engem massiven, stationären (wéi e Stär oder e Planéit) fléien, kann d'Gravitatiounskraaft seng Geschwindegkeet enorm veränneren, awer seng Geschwindegkeet muss d'selwecht bleiwen.

Awer wann et en drëtten Objet ass dat gravitativ wichteg ass, ännert dës Geschicht liicht, an op eng Manéier déi besonnesch relevant ass fir de baussenzege Sonnesystem z'erreechen. E Raumschëff, dee vun engem Planéit flitt, deen un d'Sonn gebonnen ass, ka séier gewannen oder verléieren duerch Stierwen- oder opginnmomentum op de Planéit / Sonnesystem. De massive Planéit ass et egal, awer d'Raumschëff kann e Boost kréien (oder eng Zerfall) ofhängeg vu sengem Wee.

E Gravitatiounsschiegerbild, wéi hei gewisen, ass wéi e Raumschëff seng Geschwindegkeet duerch eng Schwéierkraafthëllef kann erhéijen. (WIKIMEDIA COMMONS USER ZEIMUSU)

Dës Manöverart ass bekannt als Schwéierkraaftassist, an et war essentiell fir béid Voyager 1 a Voyager 2 op hirem Wee aus dem Sonnesystem ze kréien, a méi kierzlech, fir nei Horizonter mam Pluto ze fléien. Och wann den Uranus an den Neptun e spektakuläre laangen Ëmlafperiod vun 84 an 165 Joer hunn, respektiv sinn d'Missiounsfenster fir hinnen all 12 Joer erëm ze kommen: all Kéier wann de Jupiter en Ëmlaf mécht.

Eng Raumsond, déi vun der Äerd gestart gouf, flitt typesch vun e puer vun den bannenzege Planéite e puer Mol an der Virbereedung op eng Schwéierkraaftassistent vum Jupiter. E Raumschëff, dee vun engem Planéit flitt, ka sproochlech gesprëtzt ginn - Gravitatiounsschieger ass e Wuert fir eng Schwéierkraaftassistent, déi et boost - op méi grouss Geschwindegkeeten an Energien. Wa mir et wëlle sinn, sinn d'Alignementer richteg datt mir eng Missioun op Neptun haut lancéiere kënnen. Den Uranus, méi no ze sinn, ass nach méi einfach ze kréien.

D'NASA Fluchbunn fir de Messenger Sonde, déi an enger erfollegräicher, stabiler Ëmlafbunn ëm de Merkur no enger Zuel vu Schwéierkraaftwierker gewéckelt sinn. D'Geschicht ass ähnlech wann Dir an de baussenzege Sonnesystem wëllt goen, ausser Dir benotzt Schwéierkraaft fir Är helioszentresch Geschwindegkeet ze addéieren, anstatt se ofzeschafen. (NASA / JHUAPL)

E Joerzéngt gouf d'Ago-Missioun proposéiert: et géing vum Jupiter, Saturn, Neptune, a Kuiper Rimmobjekter geflunn ginn, mat enger Startfënster vun 2015 bis 2019. Awer Fräilousmissioune sinn einfach, well Dir hutt net fir d'Raumschëff ze luesen. En an en Ëmlaf ëm eng Welt ze setzen ass méi schwéier, awer et ass och vill méi belount.

Amplaz vun engem eenzege Pass, en Orbiter kann Iech ganzer Weltdeckung kréien, verschidde Mol, iwwer laang Zäitperioden. Dir kënnt Ännerungen an der Atmosphär vun enger Welt gesinn, an et kontinuéierlech an enger grousser Villfalt vu Wellelängten onsiichtbar zum mënschleche Auge kucken. Dir fannt nei Mounde, nei Réng, an nei Phenomener déi Dir ni erwaart. Dir kënnt souguer e Lander oder Sonde op de Planéit oder ee vu senge Mounden ofschécken. All dat a méi ass scho ronderëm de Saturn mat der kierzlech ofgeschlosser Cassini Missioun geschitt.

En 2012 (L) an e 2016 (R) Bild vum Saturn Nordpol, allebéid mat der Cassini Wäitwénkamera geholl. Den Ënnerscheed an der Faarf ass wéinst Ännerungen an der chemescher Zesummesetzung vun der Saturn Atmosphär, wéi duerch direkt fotochemesch Verännerunge induzéiert ginn. (NASA / JPL-CALTECH / SPACE SCIENCE INSTITUTE)

De Cassini huet net nëmmen iwwer déi kierperlech an atmosphäresch Eegeschafte vum Saturn geléiert, och wann et dat spektakulär gemaach huet. Et huet net nëmmen d'Bild gemaach an iwwer d'Réng gewuer, och wann et dat och gemaach huet. Wat am meeschte beandrockend ass, ass datt mir Ännerungen an transiente Eventer observéiert hunn, déi mir ni virausgesot hätten. De Saturn huet saisonal Ännerungen ausgestallt, déi chemesch a Faarfverännerunge ronderëm seng Pole entspriechen. E kolossale Stuerm huet sech um Saturn entwéckelt, dee ronderëm de Planéit ëmkreest a ville Méint gedauert. De Saturn Réng goufe intensiv vertikal Strukturen fonnt a mat der Zäit änneren; si sinn dynamesch an net statesch, a stellen e Laboratoire fir eis iwwer Planéit-a-Moundbildung ze léieren. A mat senge Daten hu mir al Problemer geléist an nei Mystèren iwwer seng Moons Iapetus, Titan, an Enceladus entdeckt, ënner anerem.

Iwwer eng Zäit vun 8 Méint huet de gréisste Stuerm am Sonnesystem ofgeronnt, déi d'ganz Gasgigant Welt ëmkreest a kapabel sou vill wéi 10 bis 12 Äerd dobannen ze passen. (NASA / JPL-CALTECH / SPACE SCIENCE INSTITUTE)

Et gëtt wéineg Zweiwel datt mir datselwecht fir den Uranus an den Neptun maachen. Vill Bunnmissioune bis Uranus an Neptun goufen proposéiert an hunn et wäit an de Missiounsverfahren gemaach, awer keng hu geschnidden fir ze bauen oder ze fléien. D'NASA, d'ESA, JPL, a Groussbritannien hunn all Uranus Orbitere proposéiert déi nach amgaang sinn, awer keen weess wat d'Zukunft hält.

Bis elo hu mir nëmmen dës Welte vu wäitem studéiert. Awer et ass eng enorm Hoffnung fir eng zukünfteg Missioun vill Joer vun elo un, wann d'Startfenster fir béid Welten z'erreechen openeen ausgeglach sinn. Am Joer 2034 géif déi konzeptuell ODINUS Missioun Zwillingorbiter op béid Uranus an Neptun schécken gläichzäiteg. D'Missioun selwer wier eng spektakulär, Joint Venture tëscht der NASA an der ESA.

Déi lescht zwee (bausse) Réng vum Uranus, wéi et vum Hubble entdeckt gouf. Mir hunn sou vill Struktur an den bannenzege Réng vum Uranus aus der Voyager 2 Fluchbunn entdeckt, awer en Orbiter konnt eis nach méi weisen. (NASA, ESA, A M. M. SHOWALTER (SETI INSTITUTE))

Eng vun de wichtegsten, Flaggschlass-klasséierte Missiounen, déi der Planeteswëssenschaftsdekadal Ëmfro vun der NASA am Joer 2011 proposéiert goufen, war eng Uranus Sonde an Ëmlafbunn. Dës Missioun klasséiert eng drëtt Prioritéit, hannert dem Mars 2020 Rover an dem Europa Clipper Ëmlaf. Eng Uranus Sonde-an-Ëmlafbunn konnt während den 2020er mat enger Fënster vun 21 Deeg all Joer starten: wéi d'Äerd, de Jupiter an den Uranus déi optimal Positioune erreechen. D'Ëmlafbunn hätt dräi separat Instrumenter op et entworf fir verschidden Eegeschafte vum Uranus, senge Réng a senge Mounde ze bilden an ze moossen. Den Uranus an den Neptun sollten enorm flësseg Ozeaner ënner hiren Atmosphäre hunn, an en Orbiter soll et fäeg sinn fir se z'entdecken. Déi atmosphäresch Sond géif Wollekformende Molekülen, Hëtztverdeelung moossen, a wéi Wandgeschwindegkeet mat Déift geännert huet.

D'ODINUS Missioun, proposéiert vun der ESA als Joint Venture mat der NASA, géif souwuel den Neptun an den Uranus mat engem Zwillingsset vun Ëmlafbiller entdecken. (ODINUS TEAM - MART / ODINUS.IAPS.INAF.IT)

Proposéiert vum ESA sengem Cosmic Vision Programm, d'Origine, Dynamics, an Interiors vun der Neptunian an Uranian Systems (ODINUS) Missioun geet nach méi wäit: dëst Konzept ausdehnen op zwee Zwillingorbiter, déi een op Neptun an een op Uranus schécken. Eng Startfënster am Joer 2034, wou d'Äerd, de Jupiter, den Uranus, an den Neptun all richteg auseneesetzen, konnte béid gläichzäiteg verschécken.

Flyby Missiounen sinn super fir éischt Versammlungen, well Dir sou vill iwwer eng Welt léiere kënnt andeems Dir et no vir kuckt. Si sinn och super well se méi Ziler erreeche kënnen, während Ëmlafbiller op all Welt hänke wou se wielen fir eng Ëmlafbunn. Schlussendlech mussen Orbiteren Brennstoff u Bord bréngen fir Burns ze maachen, méi lues ze maachen an eng stabil Ëmlafbunn anzeginn, eng Missioun vill méi deier maachen. Awer d'Wëssenschaft déi Dir kritt aus laangfristeg ronderëm e Planéit ze bleiwen, géif ech plädéieren, méi wéi mécht et aus.

Wann Dir eng Welt ëmkreest, kënnt Dir se vun alle Säiten gesinn, sou wéi seng Réng, seng Mounde, a wéi se sech mat der Zäit behuelen. Dank dem Cassini zum Beispill hu mir d'Existenz vun engem neie Ring entdeckt deen aus dem gefaange Asteroid Phoebe staamt, a seng Roll am Däischteren just eng Hälfte vum mysteriéise Mound Iapetus. (SMITHSONIAN AIR & Raum, ofgeleet vu NASA / CASSINI BILLER)

Déi aktuell Aschränkungen op eng Missioun wéi dës kommen net aus technesche Leeschtungen; d'Technologie existéiert fir et haut ze maachen. D'Schwieregkeeten sinn:

  • Politesch: well de Budget vum NASA endlech a limitéiert ass, a seng Ressourcen mussen d'ganz Gemeinschaft déngen,
  • Kierperlech: well och mat der neier schwéierer Lift Gefier vun der NASA, der verschriwwener Versioun vum SLS, kënne mir nëmmen eng limitéiert Quantitéit un Mass un de baussenzege Sonnesystem schécken, an
  • Praktesch: well op dësen onheemlechen Distanzen vun der Sonn net Sonnepanele maachen. Mir brauche radioaktiv Quelle fir e Raumschëff dës wäit ewech ze hunn, a mir hu vläicht net genuch fir d'Aarbecht ze maachen.

Déi lescht, och wann alles anescht ausléisst, kéint den Dealbreaker sinn.

E Plutonium-238 Oxid-Pellet glanzt vu senger eegener Hëtzt. Och als Nieweprodukt vun nuklearen Reaktiounen produzéiert, ass de Pu-238 d'Radionuklid, déi benotzt gëtt fir déifraum Gefierer ze dreiwen, vum Mars Curiosity Rover an d'ultra wäit Voyager Raumsond. (US DEPARTMENT OF ENERGY)

Plutonium-238 ass en Isotop, deen an der Veraarbechtung vu nuklearem Material erstallt gouf, an déi meescht vun eise Geschäfter dervun kommen aus enger Zäit wou mer aktiv Atomwaffen erstallt hunn an stockéieren. Seng Benotzung als radioisotopen thermoelektresche Generator (RTG) war spektakulär fir Missiounen op de Mound, de Mars, de Jupiter, de Saturn, de Pluto an eng Hellewull vun déiwe Raumsonde, dorënner de Pioneer a Voyager Raumsond.

Awer mir hunn et 1988 produzéiert, an eis Optiounen fir et aus Russland ze kafen sinn erofgaang wéi se opgehalen hunn och ze produzéieren. Eng rezent Ustrengung fir den neie Pu-238 am Oak Ridge National Laboratory ze maachen huet ugefaang, produzéiert ongeféier 2 Unzen bis Enn 2015. Weider Entwécklung do, souwéi vun der Ontario Power Generation, kéint genuch kreéieren fir eng Missioun duerch den 2030s ze kreéieren An.

Eng Zesummestellung vun zwee 591-s Belichtungen, déi duerch de kloere Filter vun der Wäitwénkamera vu Voyager 2 kritt goufen, a weist de vollen Ringesystem vum Neptun mat der héchster Empfindlechkeet. Den Uranus an den Neptun hunn vill Ähnlechkeeten, awer eng engagéiert Missioun konnt och nach eemol ongëlteg Differenze feststellen. (NASA / JPL)

Wat méi séier Dir bewegt wann Dir e Planéit begéint, wat méi Brennstoff Dir braucht op Är Raumfaart ze addéieren fir ze luesen a sech an en Ëmlaf ze setzen. Fir eng Missioun op Pluto war et keng Chance; New Horizons war ze kleng a seng Geschwindegkeet war vill ze grouss, plus d'Mass vum Pluto ass zimmlech niddereg fir ze probéieren eng Ëmlafbunn ze maachen. Awer fir den Neptun an den Uranus, besonnesch wa mir déi richteg Schwéierkraaftassistenten vum Jupiter a méiglecherweis vum Saturn wielen, dëst kann machbar sinn. Wa mir fir just Uranus wëlle goen, kënne mir all Joer während den 2020s starten. Awer wa mir fir béid wëlle goen, wat mir maachen, 2034 ass d'Joer fir ze goen! Den Neptun an den Uranus kënnen no u Massemëttel, Temperatur an Distanzen ähnlech wéi eis ausgesinn, awer si kënne wierklech sou ënnerschiddlech sinn wéi d'Äerd aus der Venus. Et gëtt nëmmen ee Wee erauszefannen. Mat e bësse Gléck, a vill Investitiounen an haart Aarbecht, kënne mir et vläicht bannent eise Liewenszäiten erausfannen.

Schéckt Är Ask Ethan Froen op startswithabang at gmail dot com!

(Notiz: Merci dem Patreon Ënnerstëtzer Erik Jensen fir ze froen!)

Starts With A Bang ass elo op Forbes, a gouf op Medium dank eise Patreon Supportere republikanéiert. Den Ethan huet zwee Bicher geschriwwen, Beyond The Galaxy, an Treknology: The Science of Star Trek from Tricorders to Warp Drive.