Za malo više od godine počet će novo desetljeće, a s njim će se otvoriti i potpuno novi niz ideja za NASA-ine misije, neke bliže - poput Marsa, neke dalje. Neki vrlo udaljeni. Neki očekuju da će se za nas otvoriti doba robotskog putovanja u svjetove koji nisu samo milijuni - milijarde kilometara od nas. To uključuje Uran i Neptun (planete koje smo posjetili 1986., odnosno 1989.), kao i stotine ledenih tijela izvan regije poznate kao Kuiperov pojas.
Kuiperov pojas nalazi se Pluton i tisuće drugih svjetova različitih veličina. Većina tijela koja su tamo sačinjena su od građevnih blokova našeg Sunčevog sustava, davno ispraženih u udaljena ledena područja. Posjet Kuiperovom pojasu može nam pružiti tragove o tome kako se formirao naš planet i njegovi susjedi, zašto postoji toliko vode i drugih misterija.
Na granicama Sunčevog sustava
Uran i Neptun i sami drže mnoge misterije. Što više učimo o planetarnim sustavima, češće vidimo da većina svjetova nije velika kao Jupiter i nije tako mala kao Zemlja. Mnogi od njih imaju sličnu veličinu s Uranom i Neptunom, "ledenim divovima" koji su nazvani po egzotičnom stanju vodenog leda koji leži duboko ispod oblačnih slojeva. Proučavanje Urana i Neptuna neće nam samo pomoći da razumijemo planete u našem Sunčevom sustavu - pomoći će nam da razumijemo planete koji se okreću oko drugih zvijezda.
Mnoge od ovih misija ovise o vremenu. Nadolazeće desetogodišnje istraživanje - NASA-ino „desetogodišnje istraživanje“kada agencija šalje svemirske letjelice u 2020. i 2030-e - moglo bi stvoriti ili poremetiti ove dalekosežne planove za istraživanje vanjskog sunčevog sustava.
Dekadna anketa: Kako će napredovati desetogodišnja anketa
Promotivni video:
Počevši od 2020. godine skupina Nacionalne akademije znanosti (uz sudjelovanje nekoliko dionika svemirske zajednice) okupit će se i sastaviti popis prioritetnih istraživačkih ciljeva. Znanstvenici će svoje mogućnosti ponuditi u obliku pisanih preporuka poznatih kao "bijeli papiri" (čitaj: bijeli papir).
Iz ovih se preporuka rađa opći konsenzus o prioritetima. Ovi ciljevi služe kao mjerilo za ponudu misije srednje klase u kategoriji New Frontiers (u ovoj kategoriji su bili New Horizons i Juno). NASA prvo sastavlja popis predloženih misija, a zatim ih postupno sužava na jednog ili dva finalista. Jednom kada finalist dobije zeleno svjetlo, tim koji stoji iza njih može započeti s planiranjem i dizajniranjem - a to traje godinama.
Sve to može otežati ulazak u određeni prozor kroz koji će biti moguće istražiti Uran ili Neptun, kao i pogledati predmet iz Kuiperovog pojasa. To je razlog zašto su točne karte rizične.
Posjeta ledenom velikanu
Jedna je skupina posebno razmotrila mogućnost misije istodobno posjećivanja Urana i Neptuna. Posljednja iteracija uključuje let Urana i orbital Neptuna. Na čelu s Markom Hofstadterom i Amy Simon, znanstvenici planiraju vidjeti drugu stranu Urana od Voyagera 2 promatranu 1986. godine i proučavaju Neptun i njegov najveći mjesec, Triton. Triton se okreće unatrag, što može biti posljedica činjenice da je nekada bio najveći objekt u Kuiperovom pojasu - prije nego što je Neptun povukao Tritona prema sebi, izbacujući mnoge svoje originalne satelite.
Simon kaže da bi te misije trebalo biti raspoređene tijekom 15 godina, uključujući vrijeme putovanja i istraživanja. To je zbog koliko dugo pojedini dijelovi vozila mogu preživjeti u prostoru s razmjernom sigurnošću. Dok svemirski brod može živjeti duže, najmanje je 15 godina tijekom kojih se može uvjeriti da će misija ispuniti svoje znanstvene zadatke u najvećoj mjeri, no kako osigurati da putovanje ne troši previše resursa u trenutnoj fazi istraživanja? Jedan od načina ubrzavanja svemirskog broda je upotreba gravitacijske sile planeta za ubrzanje.
"Obično za stizanje za manje od 12 godina oni lete oko planeta, obično uključuju Zemlju i Veneru", kaže Simon. U takvim scenarijima dobro se udubite u gravitaciju planete planete, nadajući se efektu praseta koji će ubrzati vaš plov i uštedjeti što više goriva. Jupiter se također koristi najboljim opcijama, jer je najmasovniji i može uvelike ubrzati svemirske letjelice.
New Horizons, na primjer, koristio je Jupiterovu pomoć da stignu do Plutona. Cassini je koristio četiri odvojena preleta kako bi ubrzao Saturn nakon što je poletio sa Zemlje, dvaput je primio ubrzanje s Venere, vratio se na Zemlju i konačno završni skok s Jupitera.
Simon kaže da se, kako bi se na Uran stiglo po strogom rasporedu, mogla koristiti letačica Saturna - na primjer, u prozoru između 2024. i 2028. godine da se u 29-godišnjoj orbiti uhvati plinski div na pravom mjestu. Takva misija zahtijevat će brzu razmatranje NASA-inih standarda - obično se misije planiraju deset godina prije lansiranja, zatim planiraju, osmisle i pokrenu u roku od pet godina - tako da ćete se morati osloniti na sljedeći prozor, leteći Jupiter između 2029. i 2032., nakon čega slijedi izlaz do Neptuna. Sljedeća će se prilika pojaviti najkasnije za deset godina.
Misija na Uran može koristiti tradicionalna pogonska goriva i motore kako bi brže stigla do točaka ubrzanja - bila to raketa Atlas V ili raketa Delta IV Heavy. No, budući da je Neptun toliko udaljen i točna putanja se ne sastavlja tako savršeno kako bismo željeli, misija na ovaj planet oslanjat će se na Space Launch System, NASA-inu raketu sljedeće generacije s povećanim korisnim opterećenjem (a još nije ni odletio). Ako nije spreman na vrijeme, morat ćemo se osloniti na drugu tehnologiju sljedeće generacije: solarni električni pogon, koji koristi solarnu energiju za paljenje ioniziranog plina kako bi ubrzao vozilo. Do sada je korištena samo u svemirskoj letjelici Dawn u misijama na zapad i Ceres te u dvije misije na malim asteroidima.
"Čak i u slučaju solarne električne energije, kemijski motori su i dalje potrebni u slučaju da solarna energija postane neučinkovita i za kočenje u orbiti", kaže Simon.
Dakle, raspored je prilično tijesan. Ali ako se aktivnije krećemo, obje ove misije mogu poslužiti drugačijoj svrsi: doprijeti do neistraženih svjetova Kuiperovog pojasa.
Velika nepoznanica
Drugi rad, koji su napisala tri člana tima New Horizonsa, ispituje mogućnost povratka u Kuiperov pojas nakon uspješne šetnje sondom do Plutona. „Vidjeli smo koliko je to zanimljivo i željeli smo znati što još ima vani“, kaže Tiffany Finley, glavna inženjerka u Southwest Research Institute (SWRI) i koautorica članka objavljenog u časopisu Journal of Spacecraft and Rockets.
Kuiperov pojas sadrži ostatke leda nastalih iz sunčevog sustava, a predmeti u njemu uključuju ogromno mnoštvo različitih materijala. Pluton je, na primjer, nešto veći od Erisa. Ali Pluton je izrađen od leda, tako da ima manju masu. Eris se većinom sastoji od stijena, pa je gušća. Čini se da se neki svjetovi sastoje od metana, dok drugi sadrže puno amonijaka. Negdje u dvorištu našeg Sunčevog sustava postoji mnogo patuljastih planeta i malih svjetova koji su ključni za naše razumijevanje kako planete nastaju - i mogu li drugi planetarni sustavi biti poput našeg.
Znanstvenici su koristili uska ograničenja: ograničili su misiju na 25 godina i ispitali su 45 najsjajnijih Kuiperovih pojasa, uspoređujući ih s različitim scenarijima planetarnih letjenja. Jupiter je, začudo, otkrio većinu ciljeva na popisu. Ali Jupiterov prozor otvara se jednom svakih 12 godina, čineći Jupiterove misije ovisnim o vremenu. Jednostavno letenje Saturna pruža prilično dobar popis ciljeva Kuiperovog pojasa.
Ali, uparite li ove svjetove s Uranom ili Neptunom, imate priliku otkriti nove činjenice o našim tajanstvenim, najudaljenijim planetima, pa čak i nekim patuljastim planetima.
Efekt rogoznice pomoći će doseći ove svjetove, prvo s Jupitera, a zatim s drugog planeta. Svaka od ovih planeta poravnava se s Jupiterom u uskom prozoru 2030-ih i lijepo se uklapa u različite dijelove tog desetljeća. Na primjer, da biste došli do popisa svjetova na putu sa Neptunom, trebate stići na Jupiter početkom 2030-ih, a da biste stigli do Kuiperovog pojasa preko Urana, zahtijevali bi lansiranje sredinom 2030-ih. Jupiter i Saturn usklađuju se na vrijeme za pucanje u Kuiperov pojas krajem 2030-ih.
Popis ciljeva nudi mnogo zanimljivih mogućnosti. Varuna, izduženi svijet koji je ovaj oblik stekao zahvaljujući brzoj brzini vrtnje, savršen je za letenje oko Jupitera-Urana. Neptun, kao što je već spomenuto, pruža pogled Erisu. Misija kroz Jupiter-Saturn omogućit će promatranje Sedne, velikog patuljastog planeta s orbitrom koji bi mogao usmjeriti put ka još uvijek neotkrivenom planetu deset. Jupiter-Saturn omogućit će vam da se zaustavite na jednoj od najzanimljivijih patuljastih planeta: Haumea.
Kao i Varuna, Haumea je jajolika, dok je većina velikih patuljastih planeta u Kuiperovom pojasu obično okrugla. Ali Haumea je ovaj oblik dobila iz drevnog sudara koji joj je dao dva mjeseca, prstenasti sustav i rep od krhotina. Kad asteroidi imaju sličan sastav, nazivaju se "obitelji sudara". Haumea je proizvela jedinu poznatu obitelj sudara u Kuiperovom pojasu.
Što god odlučimo, nećemo imati puno vremena. Stoga, ako želimo vidjeti Haumeine prstenove ili čak crveno, vanzemaljsko svjetlo Sedne, posao treba započeti što je prije moguće. Ti su svjetovi toliko mali da postoji samo jedan način da otkrijemo njihove tajne: doći do njih.
Ilya Khel