Peste puțin peste un an, va începe un nou deceniu și, odată cu acesta, se va deschide un flux complet de idei pentru misiunile NASA, unele mai apropiate - precum Marte, altele mai departe. Unele foarte îndepărtate. Unii oameni se așteaptă ca epoca călătoriilor robotizate în lumi care nu sunt doar milioane - miliarde de kilometri de noi să se deschidă pentru noi. Acestea includ Uranus și Neptun (planetele pe care le-am vizitat în 1986 și, respectiv, în 1989), precum și sute de corpuri de gheață din afara regiunii cunoscute sub numele de centura Kuiper.
Centura Kuiper este acasă la Pluto și mii de alte lumi de diferite dimensiuni. Majoritatea corpurilor de acolo sunt formate din blocurile de construcție ale sistemului nostru solar, demult escortate în regiuni înghețate îndepărtate. O vizită la Centura Kuiper ne poate oferi indicii despre întrebările despre cum s-a format planeta noastră și vecinii săi, de ce există atâta apă și alte mistere.
La granițele sistemului solar
Uranus și Neptun dețin, de asemenea, multe mistere pe cont propriu. Cu cât învățăm mai multe despre sistemele planetare, cu atât vedem că majoritatea lumilor nu sunt la fel de mari ca Jupiter și nu sunt atât de mici ca Pământul. Multe dintre ele tind să aibă dimensiuni similare cu Uranus și Neptun, „giganti de gheață” care sunt numiți pentru starea exotică de gheață de apă care se află adânc sub straturile de nori. Studierea lui Uranus și Neptun nu ne va ajuta doar să înțelegem planetele din sistemul nostru solar - ci ne va ajuta să înțelegem planetele care se învârt în jurul altor stele.
Multe dintre aceste misiuni depind de timp. Următorul sondaj Decadal - „sondajul de zece ani” al NASA cu privire la momentul în care agenția trimite nave spațiale în anii 2020 și 2030 - ar putea crea sau distruge aceste planuri de anvergură pentru a explora sistemul solar exterior.
Sondaj Decadal: Cum va progresa Sondajul Decadal
Video promotional:
Începând cu 2020, un grup de la Academia Națională de Științe (cu participarea mai multor părți interesate din comunitatea spațială) se va reuni și va întocmi o listă de obiective prioritare de cercetare. Oamenii de știință își vor oferi opțiunile sub formă de recomandări scrise cunoscute sub numele de „cărți albe” (citiți: carte albă).
Din aceste recomandări va rezulta un consens general cu privire la care ar trebui să fie prioritățile. Aceste obiective servesc drept puncte de referință pentru ofertele de misiune din gama medie din categoria Noile Frontiere (New Horizons și Juno erau în această categorie). NASA întocmește mai întâi o listă de misiuni propuse, apoi le restrânge treptat la unul sau doi finaliști. Odată ce un finalist devine undă verde, echipa din spatele lor poate începe planificarea și proiectarea - și durează ani.
Toate acestea pot îngreuna intrarea într-o fereastră specifică prin care va fi posibilă explorarea lui Uranus sau Neptun, precum și privirea unui obiect din centura Kuiper. Acesta este motivul pentru care graficele precise sunt riscante.
Vizitarea gigantului de gheață
Unul dintre grupuri, în special, a avut în vedere opțiunea unei misiuni de a vizita Uranus și Neptun în același timp. Ultima iterație include un fluturaș de Uranus și un orbital de Neptun. Condusă de Mark Hofstadter și Amy Simon, oamenii de știință intenționează să vadă o latură diferită a Uranus decât Voyager 2 observată în 1986 și să studieze Neptun și cea mai mare lună a sa, Triton. Triton se învârte înapoi, ceea ce s-ar putea datora faptului că a fost cândva cel mai mare obiect din centura Kuiper - înainte ca Neptun să-l tragă pe Triton spre sine, elungând mulți dintre sateliții săi originali.
Simon spune că aceste misiuni ar trebui să fie dislocate peste 15 ani, inclusiv timpul de călătorie și de cercetare. Acest lucru se datorează cât timp părți individuale ale vehiculului pot supraviețui în spațiu cu relativă certitudine. În timp ce o navă spațială poate trăi mai mult, 15 ani este minimul în cursul căruia se poate asigura că misiunea își va îndeplini sarcinile științifice la maximum. O modalitate de a accelera o navă spațială este de a folosi forța gravitațională a planetei pentru a accelera.
„De obicei, pentru a ajunge acolo în mai puțin de 12 ani, ei zboară în jurul planetelor, incluzând de obicei Pământul și Venus”, spune Simon. În astfel de scenarii, vă cufundați în gravitația planetei, în speranța unui efect slingshot care vă va accelera ambarcațiunea și va economisi cât mai mult combustibil. Jupiter este folosit și de cele mai bune opțiuni, deoarece este cel mai masiv și poate accelera foarte mult nava spațială.
Noi Orizonturi, de exemplu, au folosit ajutorul lui Jupiter pentru a ajunge la Pluton. Cassini a folosit patru overflights separate pentru a accelera cu Saturn după lansarea de pe Pământ, a primi accelerația de la Venus de două ori, a se întoarce pe Pământ și, în final, la saltul final de la Jupiter.
Simon spune că, pentru a ajunge la Uranus într-un program strict, ar putea fi folosit un flyby de Saturn - de exemplu, într-o fereastră între 2024 și 2028, pentru a prinde gigantul de gaz la locul potrivit pe orbita sa de 29 de ani. O astfel de misiune va necesita examinarea rapidă a standardelor NASA - de obicei misiunile sunt planificate cu zece ani înainte de lansare, apoi sunt planificate, proiectate și lansate în termen de cinci ani - deci va trebui să vă bazați pe următoarea fereastră, un flyup Jupiter între 2029 și 2032, urmată de o ieșire la Neptun. Următoarea șansă va apărea nu mai devreme de zece ani de acum încolo.
O misiune în Uranus poate folosi propulsoare și motoare tradiționale pentru a ajunge mai repede la punctele de accelerare - fie că este vorba despre o rachetă Atlas V sau o rachetă Delta IV Heavy. Dar, deoarece Neptun este atât de departe și traiectoria exactă nu se aliniază la fel de perfect pe cât ne-am dori, misiunea pe această planetă se va baza pe Sistemul de lansare a spațiului, rachetele viitoare de generație ale NASA cu sarcină utilă crescută (și nici nu a zburat încă). Dacă nu este pregătit la timp, va trebui să ne bazăm pe o altă tehnologie de nouă generație: propulsia electrică solară, care utilizează energia solară pentru a aprinde gaz ionizat pentru a accelera vehiculul. Până acum, ea a fost folosită doar pe nava spațială Dawn în misiuni în Vest și Ceres și pe două misiuni către asteroizi mici.
„Chiar și în cazul energiei solare, motoarele chimice sunt încă necesare în cazul în care energia solară devine ineficientă și pentru frânarea pe orbită”, spune Simon.
Astfel, programul este destul de strict. Dar dacă ne mișcăm mai activ, ambele misiuni pot servi un scop diferit: atingerea lumilor neexplorate ale centurii Kuiper.
Mare necunoscut
O altă lucrare, scrisă de trei membri ai echipei New Horizons, examinează posibilitatea de a reveni la centura Kuiper după o plimbare cu succes a sondei către Pluto. „Am văzut cât de interesant a fost și am vrut să știm ce mai este acolo”, spune Tiffany Finley, inginer șef la Southwest Research Institute (SWRI) și co-autor al unui articol publicat în Journal of Spacecraft and Rockets.
Centura Kuiper conține resturi de gheață de la formarea sistemului solar, iar obiectele din el includ o mare varietate de materiale diferite. Pluton, de exemplu, este puțin mai mare decât Eris. Dar Pluto este făcut din gheață, deci are mai puțin masă. Eris este format din roci în cea mai mare parte, deci este mai dens. Unele lumi par compuse din metan, în timp ce altele conțin mult amoniac. Undeva în curtea sistemului nostru solar, există numeroase planete pitice și lumi mici care dețin puncte cheie pentru înțelegerea modului în care apar planetele - și dacă alte sisteme planetare ar putea fi ca ale noastre.
Oamenii de știință au folosit constrângerile înguste: au limitat misiunea la 25 de ani și au examinat 45 dintre cele mai strălucitoare obiecte ale centurii Kuiper, comparându-le în raport cu diferite scenarii ale volantelor planetare. Jupiter, surprinzător, a descoperit majoritatea țintelor de pe listă. Dar fereastra lui Jupiter se deschide o dată la 12 ani, ceea ce face ca misiunile lui Jupiter să depindă de timp. Un simplu flyby de Saturn oferă o listă destul de bună cu țintele centurii Kuiper.
Dar când împerechezi aceste lumi cu Uranus sau Neptun, ai șansa să descoperi fapte noi despre planetele noastre misterioase, cele mai îndepărtate și chiar unele planete pitice într-un singur caz.
Efectul slingshot va ajuta la atingerea acestor lumi, mai întâi de la Jupiter, apoi de pe o altă planetă. Fiecare dintre aceste planete se aliniază cu Jupiter într-o fereastră îngustă în anii 2030 și se încadrează bine în diferite părți ale acelui deceniu. De exemplu, pentru a ajunge pe lista lumilor aflate pe calea cu Neptun, trebuie să ajungeți la Jupiter la începutul anilor 2030, iar pentru a ajunge la centura Kuiper via Uranus ar fi nevoie de o lansare la mijlocul anilor 2030. Jupiter și Saturn se aliniază la timp pentru un slingshot în centura Kuiper la sfârșitul anilor 2030.
Lista obiectivelor oferă multe posibilități interesante. Varuna, o lume alungită care a dobândit această formă datorită vitezei rapide de rotație, este perfectă pentru a zbura în jurul Jupiter-Uranus. Neptun, așa cum am menționat deja, oferă o privire asupra lui Eris. Misiunea prin Jupiter-Saturn va permite observarea Sedna, o planetă pitică mare, cu o orbită care ar putea îndrepta calea către o planetă zece încă necunoscută. Jupiter-Saturn vă va permite să vă opriți la una dintre cele mai interesante planete pitice: Haumea.
Ca și Varuna, Haumea are formă de ou, în timp ce majoritatea planetelor pitice mari din centura Kuiper sunt de obicei rotunde. Dar Haumea a obținut această formă dintr-o coliziune străveche care i-a dat două luni, un sistem de inele și o coadă făcută din resturi. Când asteroizii au o compoziție similară, ei sunt numiți „familia coliziunii”. Haumea a produs singura familie cunoscută de coliziuni în centura Kuiper.
Orice am alege, nu vom avea mult timp. Prin urmare, dacă vrem să vedem inelele lui Haumea sau chiar lumina roșie, extraterestră a Sednei, munca trebuie să înceapă cât mai curând posibil. Aceste lumi sunt atât de mici încât nu există decât un singur mod de a afla secretele lor: de a ajunge la ele.
Ilya Khel
