På 30 år kan ett kärnkraftsdrivet rymdutforskningsuppdrag till Neptune och dess månar börja avslöja några av våra solsystemets mest svårfångade hemligheter om bildandet av dess planeter - och nyligen upptäckta de som utvecklats kring andra stjärnor.
Denna framtidsvision är i fokus för en 12-månaders planeringsstudie som genomförs av ett mångfaldigt team av experter som leds av Boeing Satellite Systems och finansieras av NASA. Det är en av 15 "Vision Mission" -studier som är avsedda att utveckla koncept i USA: s långsiktiga rymdutforskningsplaner. Neptune-teammedlem och radioforskare professor Paul Steffes från Georgia Institute of Technology's School of Electrical and Computer Engineering kallar uppdraget "det ultimata i utforskningen av djupa rymden."
NASA har flyttat omfattande uppdrag till Jupiter och Saturn, som kallas ”gasjättarna” eftersom de huvudsakligen består av väte och helium. År 2012 kommer dessa undersökningar att ha gett betydande information om de kemiska och fysikaliska egenskaperna för dessa planeter. Mindre är känt om Neptunus och Uranus - "isjättarna."
"Eftersom de är längre ute representerar Neptunus och Uranus något som innehåller mer av originalet - att använda en 'Carl Saganism' - 'solstolar' eller nebulosan som kondenseras för att bilda planeter," sade Steffes. ”Neptun är en rawer planet. Det påverkas mindre av nästan solmaterial och det har haft färre kollisioner med kometer och asteroider. Det är mer representativt för det ursprungliga solsystemet än Jupiter eller Saturn. "
Eftersom Neptunus är så kallt är dess struktur annorlunda än Jupiter och Saturnus. Ett uppdrag att undersöka ursprunget och strukturen för Neptune - som förväntas lanseras mellan 2016 och 2018 och anländer omkring 2035 - kommer att öka forskarnas förståelse för olika planethantering i vårt solsystem och i andra, konstaterade Steffes.
Uppdragsteamet är också intresserat av att utforska Neptunes månar, särskilt Triton, som planetforskare tror är ett Kuiper-bälteobjekt. Sådana isbollar är mikroplaneter som kan vara upp till 1 000 kilometer i diameter och finns i allmänhet i de yttersta randområdena av vårt solsystem. Baserat på hittills studier, tror forskare att Triton inte bildades av Neptune-material, som de flesta månar som kretsar runt planeter i vårt solsystem. Istället är Triton troligtvis ett Kuiper-bälteobjekt som av misstag drogs in i Neptuns bana.
"Triton bildades ut i rymden," sade Steffes. ”Det är inte ens en nära släkting till Neptune. Det är ett adoptivbarn? Vi tror att Kuiper-bältesobjekt som Triton var nyckeln till utvecklingen av vårt solsystem, så det finns mycket intresse för att besöka Triton. "
Även om de står inför ett antal tekniska utmaningar - inklusive design för införande av sonden och telekommunikation och utveckling av vetenskapliga instrument - har Neptune Vision Mission-teamet tagit fram en initial plan. Teammedlemmar, inklusive Steffes, har presenterat det i höst på olika vetenskapliga möten för att uppmuntra feedback från andra experter. Den 17 december presenterar de det igen vid årsmötet i American Geophysical Union. Deras slutliga rekommendationer beror på NASA i juli 2005.
Planen är baserad på tillgången på kärnelektrisk framdrivningsteknologi under utveckling i NASA: s Project Prometheus. En traditionell kemisk raket skulle skjuta ut rymdskeppet från jordbanan. Sedan skulle ett elektriskt framdrivningssystem som drivs av en liten kärnkraftsreaktor - en modifierad ubåttyp - driva rymdskeppet till dess djupa rymdsmål. Framdrivningssystemet skulle generera drivkraft genom att utvisa elektriskt laddade partiklar som kallas joner från dess motorer.
På grund av den stora vetenskapliga nyttolasten som ett kärnkraftsdrivet rymdskepp kan bära och driva har Neptune-uppdraget ett stort löfte om vetenskaplig upptäckt, sade Steffes.
Uppdraget kommer att anställa elektriska och optiska sensorer ombord på omloppsbotten och tre sonder för att avkänna naturen i Neptuns atmosfär, säger Steffes, en expert på fjärrradioavkänning av planetatmosfärer. Specifikt kommer uppdraget att samla in uppgifter om Neptunes atmosfäriska elementförhållanden relativt väte och viktiga isotopförhållanden, samt planetens tyngdkraft och magnetfält. Det kommer att undersöka global atmosfärisk cirkulationsdynamik, meteorologi och kemi. På Triton kommer två landare att samla atmosfärisk och geokemisk information nära gejsrar på ytan.
Uppdragets tre inträdesprober kommer att släppas i Neptuns atmosfär på tre olika breddegrader - ekvatorialzonen, en mittlängd och en polär region. Uppdragsdesignare står inför utmaningen att överföra data från sonderna genom Neptuns radiovågabsorberande atmosfär. Steffes laboratorium vid Georgia Tech har utfört omfattande forskning och fått en grundlig förståelse för hur man löser problemet, konstaterade han.
Uppdragsteamet diskuterar fortfarande hur djupt sonderna bör användas i Neptuns atmosfär för att få meningsfull vetenskaplig information. "Om vi väljer en tillräckligt låg frekvens av radiosignaler kan vi gå ner till 500 till 1 000 jordatmosfärer, vilket är 7 500 pund tryck per kvadrat tum (PSI)," förklarade Steffes. "Det trycket liknar det som en ubåt upplever i djuphavet."
Men det djupet kommer förmodligen inte att krävas, enligt uppdragsteamets atmosfäriska modellerare, sa Steffes. Sonderna kommer att kunna få mest information vid bara 100 jordatmosfärer, eller 1 500 PSI.
Originalkälla: Georgia Tech News Release
