וויאג'ר 2 טס על ידי אורנוס (R) ונפטון (L) וחשף את התכונות, הצבעים, האטמוספרה ומערכות הטבעת של שני העולמות. לשניהם טבעות, ירחים מעניינים רבים, ותופעות אטמוספריות ושטחיות שאנחנו רק מחכות לחקור. (נאס

שאל את איתן: האם נוכל לשלוח משימה דמוית קאסיני לאורנוס או לנפטון?

החללית קאסיני של נאס"א לימדה אותנו יותר ממה שאי פעם דמיינו על סטורן. האם נוכל לעשות משהו דומה עבור אורנוס ונפטון?

מהמקום בו אנו נמצאים במערכת השמש, התבוננות על היקום הרחוק עם מצפה הכוכבים העוצמתי על בסיס הקרקע והחלל, העניק לנו השקפות וידע שרבים מאיתנו לא חשבו שנגיע. אבל עדיין אין תחליף לנסוע למקום מרוחק, כפי שלימדו אותנו משימות ייעודיות לרבים מהפלנטות. למרות כל המשאבים שהקדשנו למדע הפלנטרי, אי פעם שלחנו משימה אחת בלבד לאורנוס ונפטון: וויאג'ר 2, שטס רק על ידם. מה הסיכויים שלנו למשימת מסלול לעולמות חיצוניים אלה? זה מה שתומך הפטרון שלנו אריק ג'נסן רוצה לדעת, בשעה שהוא מבקש:

יש חלון שבא אליו ניתן היה לשלוח חלליות לאורנוס או לנפטון באמצעות יופיטר להגברת הכבידה. מה האילוצים בשימוש בזה אך היכולת להאט מספיק בכניסה למסלול סביב "ענקי הקרח"?

בואו נסתכל.

בעוד שבדיקה חזותית מראה פער גדול בין עולמות בגודל כדור הארץ לעולמות בגודל נפטון, המציאות היא שאתה יכול להיות גדול רק בכ- 25% מכדור הארץ ועדיין להיות סלעי. כל דבר גדול יותר, ואתה יותר ענק ענק. בעוד שלצדק ולסטורן יש מעטפות גז אדירות, המהוות בערך 85% מכוכבי הלכת הללו, נפטון ואורנוס שונות זו מזו, ועליהן להיות אוקיינוסים גדולים ונוזלים מתחת לאווירה שלהם. (מכון לונארי ומטוס)

מערכת השמש היא מקום מסובך - אך למרבה המזל, רגיל. הדרך הטובה ביותר להגיע למערכת השמש החיצונית, כלומר כל כוכב לכת שמעבר לצדק, היא להשתמש בצדק עצמו כדי לעזור לכם להגיע לשם. בפיזיקה, בכל פעם שיש לכם חפץ קטן (כמו חללית) שעף על ידי מטוס מסיבי, נייח (כמו כוכב או כוכב לכת), כוח הכבידה יכול לשנות את מהירותו בצורה אדירה, אך המהירות שלו חייבת להישאר זהה.

אבל אם יש אובייקט שלישי שהוא חשוב בכבידה, הסיפור הזה משתנה מעט, ובדרך שהוא רלוונטי במיוחד להגיע למערכת השמש החיצונית. חללית שטסה, למשל, על ידי כוכב לכת שקשור לשמש, יכולה לעלות או לאבד מהירות על ידי גניבת-או-ויתור של תנופה לכוכב הלכת / מערכת השמש. לכוכב האדום המסיבי לא אכפת, אך החללית יכולה לקבל דחיפה (או האטה) בהתאם לתוואי שלה.

קלע כבידה, כפי שמוצג כאן, הוא כיצד חללית יכולה להגביר את מהירותה באמצעות עוזר כוח הכבידה. (וויקימדיה משותפת לזיימוס)

סוג זה של תמרון ידוע כמסייע כוח הכבידה, והיה חיוני בכדי להביא גם את וויאג'ר 1 וגם את וויאג'ר 2 בדרכם אל מחוץ למערכת השמש, ולאחרונה, להביא אופקים חדשים לטוס על ידי פלוטו. למרות שאורנוס ונפטון חווים תקופות מסלול ארוכות מרהיבות של 84 ו- 165 שנה, בהתאמה, חלונות המשימה להשגתם חוזרים על עצמם כל 12 שנים בערך: בכל פעם שיופיט משלים מסלול.

חללית ששוגרה מכדור הארץ טסה בדרך כלל על ידי כמה מכוכבי הלכת הפנימיים מספר פעמים כהכנה לעזרת הכבידה של צדק. חללית שטסה על ידי כוכב לכת יכולה להיות קלעת מילולית - קלע הכבידה הוא מילה לסייע כוח הכבידה שמגביר אותה - למהירויות ואנרגיות גדולות יותר. אם היינו רוצים, ההתאמות צודקות שנוכל לפתוח היום במשימה לנפטון. אורנוס, קרוב יותר, קל אפילו יותר להגיע אליו.

מסלול הטיסה של נאס

לפני עשור הוצעה משימת ארגו: היא תטוס על ידי צדק, סטורן, נפטון וקויפר, עם חלון שיגור שנמשך בין השנים 2015-2019. אבל משימות הנוסעים קלות מכיוון שאין לך להאט את החללית. הכניסה למסלול סביב העולם קשה יותר, אבל זה גם הרבה יותר מתגמל.

במקום מעבר בודד, מסלול יכול להעניק לך כיסוי בכל העולם, פעמים רבות, לאורך פרקי זמן ארוכים. ניתן לראות שינויים באטמוספרה של עולם, ולבחון אותו ברציפות במגוון רחב של אורכי גל בלתי נראים לעין האנושית. תוכלו למצוא ירחים חדשים, טבעות חדשות ותופעות חדשות שמעולם לא ציפיתם לה. אתה יכול אפילו לשלוח נחת או בדיקה לכוכב הלכת או לאחד מירחיו. כל זאת ועוד התרחשו סביב שבתאי עם משימת קאסיני שהושלמה לאחרונה.

תצלום 2012 (L) ותמונת 2016 (R) של הקוטב הצפוני של שבתאי, שניהם צולמו עם מצלמת הזווית הרחבה של קאסיני. ההבדל בצבע נובע משינויים בהרכב הכימי של האטמוספרה של שבתאי, כתוצאה משינויים פוטוכימיים ישירים. (מכון מדעי חלל / נאס

קאסיני לא רק למד על התכונות הפיזיות והאווירה של סטורן, למרות שהוא עשה זאת בצורה מרהיבה. זה לא רק דימוי וללמוד על הטבעות, למרות שהוא גם עשה את זה. מה שהכי מדהים הוא שצפינו בשינויים ובאירועים חולפים שלעולם לא היינו מנבאים. סטורן הציג שינויים עונתיים, שתואמים שינויים כימיים וצבע סביב מוטותיו. סערה ענקית התפתחה על סטורן, כיתרה את כדור הארץ ונמשכה חודשים רבים. לטבעות שבתאי היו מבנים אנכיים עזים ומשתנים עם הזמן; הם דינמיים ולא סטטיים, ומספקים מעבדה שתלמד אותנו על היווצרות כוכבי לכת וירח. ובנתוניו, פתרנו בעיות ישנות וגילינו תעלומות חדשות על ירחיה יפטוס, טיטאן ואנצ'אלדוס, בין היתר.

במהלך תקופה של 8 חודשים, סערה הסערה הגדולה ביותר במערכת השמש, שהקיפה את כל עולם ענקי הגז ומסוגלת להתאים כמה עשרות עד 12 אדמה בפנים. (מכון מדעי חלל / נאס

אין ספק שאנחנו רוצים לעשות את אותו הדבר עבור אורנוס ונפטון. משימות רבות שהקיפו אורנוס ונפטון הוצעו והפכו את זה למדי בתהליך הגשת המשימה, אך אף אחת מהן לא אמורה לבנות או לעוף. נאס"א, ה- ESA, JPL ובריטניה הציעו כולם מסלולי אוראנוס שנמצאים עדיין בריצה, אך איש אינו יודע מה צופן העתיד.

עד כה חקרנו רק את העולמות האלה מרחוק. אך יש תקווה אדירה למשימה עתידית בעוד שנים רבות, כאשר חלונות השיגור שיגיעו לשני העולמות יתיישרו בבת אחת. בשנת 2034, משימת ה- ODINUS הרעיונית תשלח במקביל אורבים תאומים לאורנוס וגם לנפטון. המשימה עצמה תהיה מיזם משותף מרהיב בין נאס"א לבין ESA.

שתי הטבעות האחרונות (החיצוניות ביותר) של אורנוס, כפי שהתגלה על ידי האבל. גילינו כל כך הרבה מבנה בטבעות הפנימיות של אורנוס מהמעוף Voyager 2, אבל מסלול יכול להראות לנו עוד יותר. (נאס

אחת המשימות הגדולות, המעמדות בספינת הדגל, שהוצעו לסקר עשור המדע הפלנטרי של נאס"א בשנת 2011, היה בדיקה ומסלול אוראנוס. משימה זו דורגה בראש סדר העדיפויות השלישי, מאחורי הרובר במאדים 2020 ומסלול האירופה קליפר. בדיקה-אורבוס של אורנוס יכולה לשגר במהלך שנות ה -20 של המאה העשרים עם חלון של 21 יום בכל שנה: כאשר כדור הארץ, יופיטר ואורנוס הגיעו למצב האופטימלי. למסלול היו שלושה מכשירים נפרדים עליו נועדו לתאר ולמדוד תכונות שונות של אורנוס, טבעותיו וירחיו. לאוראנוס ונפטון אמורים להיות אוקיינוסים נוזליים אדירים מתחת לאטמוספירה שלהם, ואורביטר אמור להיות מסוגל לגלות זאת בוודאות. הגשושית האטמוספרית הייתה מודדת מולקולות יוצרות ענן, חלוקת חום וכיצד השתנה מהירות הרוח עם העומק.

משימת ODINUS, המוצעת על ידי ה- ESA כמיזם משותף עם נאס

הצעת התוכנית Cosmic Vision של ESA, Origins, Dynamics, and Interiors of the Neptunian and Uranian Systems (ODINUS), מרחיקה עוד יותר: הרחבת מושג זה לשני מסלול תאומים, שישלח אחד לנפטון ואחד לאורנוס. חלון שיגור בשנת 2034, בו כדור הארץ, יופיטר, אורנוס ונפטון מתיישרים כולם כראוי, יכול היה להעביר את שניהם במקביל.

משימות פליבי נהדרות למפגשים ראשונים, מכיוון שאתה יכול ללמוד כל כך הרבה על עולם על ידי ראייתו מקרוב. הם גם נהדרים מכיוון שהם יכולים להגיע ליעדים מרובים, בעוד שהמסללים תקועים בכל עולם שהם בוחרים למסלול. בסופו של דבר, המסללים צריכים להביא דלק על הסיפון כדי לבצע כוויות, להאט ולהיכנס למסלול יציב, מה שהופך את המשימה ליקרה בהרבה. אבל את המדע שאתה מקבל מהישארות לטווח הארוך סביב כוכב לכת, הייתי טוען, יותר מאשר מפצה על זה.

כשאתה מקיף עולם, אתה יכול לראות אותו מכל עבר, כמו גם את הטבעות שלו, הירחים שלו, וכיצד הם מתנהגים לאורך זמן. בזכות קסיני, למשל, גילינו את קיומה של טבעת חדשה שמקורה באסטרואיד השבויים שנלכד, ותפקידה להחשיך רק מחצית הירח המסתורי איפטוס. (תעופה ומרחב סמית 'סונית, הנגזרו מתמונות נאסא / קאסיני)

המגבלות הנוכחיות במשימה כזו אינן מגיעות מהישגים טכניים; הטכנולוגיה קיימת כדי לעשות זאת כיום. הקשיים הם:

  • פוליטי: מכיוון שהתקציב של נאס"א הוא סופי ומוגבל, ומשאביו חייבים לשרת את הקהילה כולה,
  • פיזית: מכיוון שאפילו עם רכב ההרמה הכבד החדש של נאס"א, הגרסה הלא מבורכת של ה- SLS, אנו יכולים רק לשלוח כמות מוגבלת של מסה למערכת השמש החיצונית,
  • מעשי: מכיוון שבמרחקים המדהימים האלה מהשמש, פאנלים סולאריים לא יעשו זאת. אנו זקוקים למקורות רדיואקטיביים בכדי להניע חללית רחוקה כל כך, ואולי אין לנו מספיק כדי לבצע את העבודה.

האחרון האחרון, אפילו אם כל השאר מתיישר, עשוי להיות פורץ העסקות.

גלולה אוקסידית פלוטוניום -238 הזוהרת מחום עצמה. Pu-238, המיוצר גם כתוצר לוואי של תגובות גרעיניות, הוא הרדיונוקליד המשמש להפעלת רכבים בחלל העמוק, החל ממספר הסקרנות של מאדים ועד לחללית וויאג'ר הרחוקה ביותר. (מחלקת האנרגיה בארה

פלוטוניום -238 הוא איזוטופ שנוצר בעיבוד חומר גרעיני, ורוב החנויות שלנו מגיעות מתקופה בה היינו פעילים ויצירת מלאי נשק גרעיני. השימוש בו כגנרטור תרמו-אלקטרי רדיואוטופי (RTG) היה מרהיב עבור משימות לירח, מאדים, צדק, שבתאי, פלוטו ושלל בדיקות חלל עמוקות, כולל חלליות החלוץ פיוניר.

אבל הפסקנו לייצר אותו בשנת 1988, והאפשרויות שלנו לרכוש אותו מרוסיה התדלדלו גם כשהפסיקו לייצר אותו. המאמץ האחרון לייצר Pu-238 חדש במעבדה הלאומית של אוק רידג 'החל לייצר כ -2 אונקיות עד סוף 2015. המשך הפיתוח שם, כמו גם על ידי ייצור הכוח באונטריו, עשוי ליצור מספיק בכדי לשמש משימה עד שנות ה- 2030. .

תפירה יחד של שתי חשיפות של 591 שניות שהתקבלו דרך הפילטר הצלול של מצלמת הזווית הרחבה מ- Voyager 2, ומציגה את מערכת הטבעות המלאה של נפטון ברגישות הגבוהה ביותר. לאוראנוס ונפטון יש קווי דמיון רבים, אך משימה ייעודית יכולה לגלות גם הבדלים חסרי תקדים. (נאס

ככל שאתה מתקדם מהר יותר כשאתה נתקל בכוכב לכת, אתה צריך להוסיף דלק רב יותר לחללית שלך כדי להאט ולהכניס את עצמך למסלול. למשימה לפלוטו לא היה שום סיכוי; אופקים חדשים היה קטן מדי והמהירות שלו הייתה רבה מדי, ובנוסף המסה של פלוטו נמוכה למדי לנסות לבצע הכנסה מסלולית. אבל עבור נפטון ואורנוס, במיוחד אם אנו בוחרים את עזרי הכבידה הנכונים מצדק ואולי גם סטורן, זה יכול להיות בר ביצוע. אם אנו רוצים ללכת רק על אורנוס, נוכל להשיק כל שנה במהלך שנות העשרים. אבל אם אנו רוצים ללכת על שניהם, ואנחנו עושים זאת, 2034 זו השנה שעוברת! נפטון ואורנוס עשויים להיראות דומים לנו מבחינת המסה, הטמפרטורה והמרחק, אך הם עשויים להיות באמת שונים כמו כדור הארץ מוונוס. יש רק דרך אחת לגלות. עם קצת מזל, והרבה השקעה ועבודה קשה, אנו עשויים לגלות זאת במהלך חיינו.

שלח את שאלת אתן לשאלות שלך להתחלויות באמצעות gmail dot com!

(הערה: תודה לתומך הפטרון אריק ג'נסן ששאל!)

Starts With A Bang נמצא כעת בפורבס, והופץ מחדש בבינוני בזכות תומכי הפטרון שלנו. איתן כתב שני ספרים, מעבר לגלקסיה, וטרקנולוגיה: המדע של מסע בין כוכבים מטריקוורסנס ועד וורפ דרייב.