Hieman yli vuoden kuluttua alkaa uusi vuosikymmen, ja sen myötä avautuu täysin uusi ideointi NASA-operaatioille, jotkut lähempänä - kuten Mars, jotkut kauempana. Jotkut hyvin kaukaiset. Jotkut ihmiset odottavat, että robottimatkojen aikakausi maailmoihin, jotka eivät ole vain miljoonia - miljardeja kilometrejä meistä avautuu meille. Näitä ovat Uranus ja Neptune (planeettamme, joissa kävimme vuonna 1986 ja 1989), satoja jääkehoja Kuiper-vyöhykkeen alueen ulkopuolella.
Kuiper-vyö on Pluton ja tuhansien muiden erikokoisten maailmojen koti. Suurin osa siellä olevista ruumiista koostuu aurinkokuntamme rakennuspalikoista, jotka on kauan sitten saatettu kaukaisille jäisille alueille. Käynti Kuiper-vyöhön voi antaa meille vihjeitä kysymyksiin siitä, miten planeettamme ja sen naapurit muodostuivat, miksi vettä ja muita mysteerejä on niin paljon.
Aurinkokunnan rajoilla
Uranuksella ja Neptunuksella on myös monia mysteerejä omillaan. Mitä enemmän opimme planeettajärjestelmistä, sitä useammin näemme, että useimmat maailmat eivät ole yhtä suuria kuin Jupiter eikä niin pieniä kuin Maa. Monet heistä ovat yleensä kooltaan samanlaisia kuin Uranus ja Neptune, "jään jättiläiset", jotka on nimetty vesijää eksoottisesta tilasta, joka on syvällä pilvien kerrosten alla. Uraanin ja Neptunuksen opiskelu ei vain auta meitä ymmärtämään aurinkojärjestelmämme planeettoja - se auttaa meitä ymmärtämään muiden tähtijen ympärillä pyöriviä planeettoja.
Monet näistä tehtävistä ovat ajankohtaisia. Tuleva vuosikymmenten kysely - NASA: n "kymmenvuotinen tutkimus" siitä, kun virasto lähettää avaruusaluksia 2020- ja 2030-luvuilla - voisi luoda tai hajottaa nämä kauaskantoiset suunnitelmat ulkoisen aurinkokunnan tutkimiseksi.
Vuosikymmenkysely: Kuinka vuosikymmenkysely etenee
Mainosvideo:
Vuodesta 2020 alkaen tiedeakatemian ryhmä (johon osallistuu useita avaruusyhteisön sidosryhmiä) kokoontuu ja laatii luettelon ensisijaisista tutkimuskohteista. Tutkijat tarjoavat vaihtoehtonsa kirjallisina suosituksina, jotka tunnetaan nimellä "valkoiset kirjat" (lue: valkoinen kirja).
Näiden suositusten perusteella päästään yleiseen yksimielisyyteen siitä, mitkä painopistealueet tulisi olla. Nämä tavoitteet toimivat vertailukohteina New Frontiers -kategorian keskitason operaatiotarjouksille (New Horizons ja Juno olivat tähän luokkaan). NASA laatii ensin luettelon ehdotetuista tehtävistä ja supistaa ne vähitellen yhdeksi tai kahdeksi finalistiksi. Kun finalisti saa vihreän valon, heidän takanaan oleva joukkue voi aloittaa suunnittelun ja suunnittelun - ja se vie vuosia.
Kaiken tämän vuoksi voi olla vaikeaa päästä tiettyyn ikkunaan, jonka läpi on mahdollista tutkia Uraania tai Neptunusta ja katsoa esineitä Kuiperin hihnalta. Siksi tarkkoja kaavioita on vaarallista.
Vierailee jään jättiläisellä
Erityisesti yksi ryhmistä harkitsi mahdollisuutta vierailla Uranuksessa ja Neptunuksessa samanaikaisesti. Viimeiseen iteraatioon sisältyy Uranuksen flyby ja Neptunuksen kiertorata. Mark Hofstadterin ja Amy Simonin johdolla tutkijat suunnittelevat Uranuksen eri puolta kuin Voyager 2, joka havaittiin vuonna 1986, ja tutkisivat Neptunusta ja sen suurinta kuua Tritonia. Triton pyörii taaksepäin, mikä voi johtua tosiasiasta, että se oli kerran Kuiperin hihnan suurin esine - ennen kuin Neptunus veti Tritonia itseään kohti, heittäen monet sen alkuperäisistä satelliiteista.
Simonin mukaan nämä operaatiot olisi sijoitettava yli 15 vuodeksi, mukaan lukien matka- ja tutkimusaika. Tämä johtuu siitä, kuinka kauan ajoneuvon yksittäiset osat voivat säilyä avaruudessa suhteellisen varmasti. Vaikka avaruusalus voi elää pidempään, 15 vuotta on minimi, jonka aikana voidaan olla varma, että operaatio suorittaa tieteelliset tehtävänsä täysimääräisesti, mutta miten varmistaa, että matka ei tuhlaa liian paljon resursseja tutkimuksen nykyisessä vaiheessa? Yksi tapa nopeuttaa avaruusalusta on käyttää planeetan painovoimaa voiman kiihtymiseen.
"Yleensä he pääsevät sinne alle 12 vuodessa planeettojen ympäri, tyypillisesti mukaan lukien Maa ja Venus", Simon sanoo. Tällaisissa tilanteissa olet syöksymässä planeetan painovoimaan hyvin, toivoen rintakuvatehostetta, joka kiihdyttää veneesi ja säästää niin paljon polttoainetta kuin mahdollista. Jupiteria käyttää myös paras vaihtoehto, koska se on massiivisin ja voi nopeuttaa avaruusalusta huomattavasti.
Esimerkiksi New Horizons käytti Jupiterin apua Pluton saavuttamiseen. Cassini käytti neljää erillistä ylilentoa kiihdyttääkseen Saturnusta sen jälkeen, kun se oli käynnistänyt maapallolta, vastaanottanut kiihtyvyyden Venuksesta kahdesti, palannut maan päälle ja tehnyt viimeisen hypyn Jupiterista.
Simon kertoo, että päästäkseen Uranukseen tiukalla aikataululla voidaan käyttää Saturnuksen lentomäärää - esimerkiksi ikkunaan vuosien 2024 ja 2028 välillä, kaasun jättiläisen kiinniottamiseen oikeassa paikassa sen 29-vuotisella kiertoradalla. Tällainen operaatio vaatii NASA: n standardien mukaista nopeaa ajattelua - operaatiot suunnitellaan yleensä kymmenen vuotta ennen laukaisua, sitten suunnitellaan, suunnitellaan ja käynnistetään viiden vuoden kuluessa - joten joudut luottamaan seuraavaan ikkunaan, Jupiter-lentotapaan vuosien 2029 ja 2032 välillä, jota seuraa poistuminen Neptunukseen. Seuraava mahdollisuus ilmestyy aikaisintaan kymmenen vuoden kuluttua.
Lähetys Uranukseen voi käyttää perinteisiä ponneaineita ja moottoreita päästäksesi kiihtyvyyspisteisiin nopeammin - olipa kyse sitten Atlas V -rakettista tai Delta IV Heavy -rakettista. Mutta koska Neptunus on niin kaukana ja tarkka etenemissuunta ei ole linjassa niin täydellisesti kuin haluaisimme, tehtävä tällä planeetalla perustuu Space Launch -järjestelmään, NASA: n seuraavan sukupolven raketteihin, joiden hyötykuorma on lisääntynyt (ja se ei ole vielä edes lentänyt). Jos se ei ole valmis ajoissa, joudumme luottamaan toiseen seuraavan sukupolven tekniikkaan: aurinkosähkökäyttö, joka käyttää aurinkoenergiaa ionisoidun kaasun sytyttämiseen ajoneuvon kiihdyttämiseksi. Tähän asti sitä on käytetty vain Dawn-avaruusaluksessa matkoilla länteen ja Ceresiin sekä kahdessa matkalla pieniin asteroideihin.
"Jopa aurinkoenergian tapauksessa kemiallisia moottoreita tarvitaan edelleen, jos aurinkoenergia muuttuu tehottomaksi ja kiertämiseen kiertoradalla", Simon sanoo.
Aikataulu on siis melko tiukka. Mutta jos siirrymme aktiivisemmin, molemmat näistä tehtävistä voivat palvella eri tarkoitusta: päästä Kuiperin hihnan tutkimatta maailmoihin.
Iso tuntematon
Toisessa New Horizons -ryhmän kolmen jäsenen kirjoittamassa tutkimuksessa tutkitaan mahdollisuutta palata Kuiper-vyölle onnistuneen koetinkävelyn jälkeen Plutoon. "Näimme kuinka mielenkiintoista se oli ja halusimme tietää mitä muuta siellä oli", sanoo Southwest Research Institute (SWRI) -insinööri Tiffany Finley ja Journal of Spacecraft and Rockets -lehdessä julkaistun artikkelin kirjoittaja.
Kuiper-vyö sisältää jääjäämiä aurinkokunnan muodostumisesta, ja siinä olevat esineet sisältävät valtavan määrän erilaisia materiaaleja. Esimerkiksi Pluto on hiukan suurempi kuin Eris. Mutta Pluto on valmistettu jäästä, joten sillä on vähemmän massaa. Eris koostuu pääosin kivistä, joten se on tiheämpi. Jotkut maailmat näyttävät koostuvan metaanista, kun taas toiset sisältävät paljon ammoniakkia. Jossain aurinkokuntamme takapihalla on monia kääpiö planeettoja ja pieniä maailmoja, jotka pitävät avainpisteitä ymmärryksessämme siitä, miten planeetat syntyvät - ja voivatko muut planeettajärjestelmät olla meidän kaltaisiamme.
Tutkijat käyttivät kapeita rajoituksia: he rajoittivat tehtävän 25 vuoteen ja tarkastelivat 45 kirkkainta Kuiper-vyöobjektia vertaamalla niitä erilaisiin planeettojen lentosuunnitelmiin. Jupiter on yllättäen löytänyt suurimman osan luettelon kohteista. Mutta Jupiterin ikkuna aukeaa 12 vuoden välein, mikä tekee Jupiterin tehtävistä aikaa riippuvaisia. Yksinkertainen Saturnuksen flyby tarjoaa melko hyvän luettelon Kuiper-vyön kohteista.
Mutta kun parit nämä maailmat Uranuksen tai Neptunuksen kanssa, saat mahdollisuuden löytää uusia tosiasioita salaperäisimmistä, kaukaisimmista planeetoistamme ja jopa joistakin kääpiö planeetoistamme yhdellä rinteellä.
Slingshot-efekti auttaa pääsemään näihin maailmoihin ensin Jupiterista ja sitten toiselta planeetalta. Jokainen näistä planeetoista kohdistuu Jupiterin kanssa kapeassa ikkunassa 2030-luvulla ja sopii siististi kyseisen vuosikymmenen eri osiin. Esimerkiksi päästäksesi Neptunuksen polulla olevaan maailmaluetteloon sinun on päästävä Jupiteriin 2030-luvun alkupuolella, ja Kuiperin vyölle pääsy Uranuksen kautta edellyttäisi käynnistämistä 2030-luvun puolivälissä. Jupiter ja Saturnus suuntautuvat ajoissa rintakuvaksi Kuiper-vyöhön 2030-luvun lopulla.
Tavoiteluettelo tarjoaa monia mielenkiintoisia mahdollisuuksia. Varuna, pitkänomainen maailma, joka on saanut tämän muodon nopean pyörimisnopeutensa vuoksi, sopii täydellisesti lentämiseen Jupiter-Uranuksen ympäri. Neptuuni, kuten jo mainittiin, tarjoaa välähdyksen Erisistä. Operaatio Jupiter-Saturnuksen kautta sallii tarkkailun Sednaa, suurta kääpiöplaneetta, jonka kiertorata voi osoittaa tien vielä toistaiseksi paljastamattomaan planeettaan. Jupiter-Saturnuksen avulla voit pysähtyä yhdestä mielenkiintoisimmista kääpiö planeetoista: Haumea.
Varunan tavoin Haumea on munanmuotoinen, kun taas suurin osa Kuiper-hihnan suurista kääpiö planeetoista on yleensä pyöreitä. Mutta Haumea sai tämän muodon muinaisesta törmäyksestä, joka antoi hänelle kaksi kuua, rengasjärjestelmän ja roskasta valmistetun hännän. Kun asteroideilla on samanlainen koostumus, niitä kutsutaan "törmäysperheeksi". Haumea tuotti Kuiper-hihnan ainoan tunnetun törmäysperheen.
Mitä tahansa valitsemme, meillä ei ole paljon aikaa. Siksi, jos haluamme nähdä Haumea-renkaat tai jopa Sednan punaisen, vieraan valon, työn on aloitettava niin pian kuin mahdollista. Nämä maailmat ovat niin pieniä, että on vain yksi tapa selvittää heidän salaisuutensa: päästä heidän luokseen.
Ilja Khel