Čez nekaj več kot leto dni se bo začelo novo desetletje, z njim pa se bo odprl povsem nov pretok idej za NASA-ine misije, nekatere bližje - kot Mars, nekatere dlje. Nekateri zelo oddaljeni. Nekateri pričakujejo, da se bo odprla doba robotskega potovanja v svetove, ki niso le milijoni - milijarde kilometrov od nas. Sem spadata Uran in Neptun (planeta, ki sva jih obiskala leta 1986 oziroma 1989), pa tudi na stotine ledenih teles zunaj regije, znane kot Kuiperjev pas.
Kuiperjev pas je dom Plutona in na tisoče drugih svetov različnih velikosti. Večina trupel je sestavljena iz gradnikov našega osončja, že davno pospremljenih v oddaljena ledena območja. Obisk Kuiperjevega pasu nam lahko ponudi namige o vprašanjih, kako se je oblikoval naš planet in njegovi sosedje, zakaj je toliko vode in drugih skrivnosti.
Na mejah osončja
Uran in Neptun imata tudi sama veliko skrivnosti. Bolj ko izvemo o planetarnih sistemih, pogosteje vidimo, da večina svetov ni tako velika kot Jupiter in ni tako majhna kot Zemlja. Številni med njimi so po velikosti podobni Uranu in Neptunu, "ledenim velikanom", ki so poimenovani po eksotičnem stanju vodnega ledu, ki leži globoko pod plastmi oblakov. Proučevanje Urana in Neptuna nam ne bo le pomagalo razumeti planetov v našem osončju - pomagalo nam bo razumeti planete, ki se vrtijo okoli drugih zvezd.
Mnoge od teh misij so časovno odvisne. Prihajajoča desetletna raziskava - Nasina "desetletna raziskava", kdaj agencija pošilja vesoljska plovila v letih 2020 in 2030 - bi lahko ustvarila ali uničila te daljnosežne načrte za raziskovanje zunanjega osončja.
Dekadna anketa: Kako bo napredovalo desetletno anketo
Promocijski video:
Od leta 2020 se bo skupina z Nacionalne akademije znanosti (s sodelovanjem več deležnikov vesoljske skupnosti) zbrala in pripravila seznam prednostnih raziskovalnih ciljev. Znanstveniki bodo svoje možnosti ponudili v obliki pisnih priporočil, znanih kot "beli listi" (beri: beli papir).
Iz teh priporočil bo nastalo splošno soglasje o prednostnih nalogah. Ti cilji služijo kot merilo za ponudbo misij srednjega dosega v kategoriji New Frontiers (v tej kategoriji so bila New Horizons in Juno). NASA najprej sestavi seznam predlaganih misij, nato pa jih postopoma zoži na enega ali dva finalista. Ko finalist dobi zeleno luč, ekipa, ki stoji za njimi, lahko začne načrtovati in oblikovati - in to traja leta.
Vse to lahko oteži vstop v določeno okno, skozi katerega bo mogoče raziskati Uran ali Neptun, pa tudi pogledati predmet iz Kuiperjevega pasu. Zato so natančne karte tvegane.
Obisk ledenega velikana
Ena izmed skupin je zlasti razmišljala o možnosti misije obiska Urana in Neptuna hkrati. Zadnja iteracija vključuje letenje Urana in orbital Neptuna. Znanstvenika, ki ju vodita Mark Hofstadter in Amy Simon, načrtujeta drugačno stran Urana kot Voyager 2, ki sta ga opazovala leta 1986, in preučevala Neptun in njegovo največjo luno, Triton. Triton se vrti nazaj, kar je morda posledica dejstva, da je bil nekoč največji predmet v Kuiperjevem pasu - preden je Neptun potegnil Tritona proti sebi, izmet številnih njegovih prvotnih satelitov.
Simon pravi, da bi morali te misije razporediti v 15 letih, vključno s časom za potovanja in raziskave. To je posledica tega, kako dolgo lahko posamezni deli vozila preživijo v vesolju z relativno gotovostjo. Medtem ko lahko vesoljsko plovilo živi dlje, je 15 let minimalno, v katerih se človek lahko prepriča, da bo misija izpolnila svoje znanstvene naloge v največji možni meri. Toda kako zagotoviti, da potovanje v sedanji fazi raziskave ne zapravi preveč virov? Eden od načinov za pospešitev vesoljskega plovila je uporaba gravitacijske sile planeta za pospeševanje.
"Običajno, da bi prišli tja v manj kot 12 letih, letijo okoli planetov, običajno vključujejo Zemljo in Venero," pravi Simon. V takšnih scenarijih se dobro potopite v gravitacijo planeta in upate na učinek razkosa, ki bo pospešil vašo plovbo in prihranil čim več goriva. Jupiter uporablja tudi najboljše možnosti, saj je najbolj množičen in lahko močno pospeši vesoljsko plovilo.
Nova obzorja so na primer uporabila Jupiterjevo pomoč, da so prišli do Plutona. Cassini je uporabil štiri ločene prelete za pospešitev s Saturnom po izstrelitvi z Zemlje, dvakratni pospešek od Venere, vrnitev na Zemljo in končni skok z Jupitra.
Simon pravi, da bi lahko, če bi prišli do Urana po tesnem urniku, uporabili letenje Saturna - na primer v oknu med 2024 in 2028, da bi ujel plinskega velikana na pravem mestu v svoji 29-letni orbiti. Takšna misija bo zahtevala hitro razmišljanje po NASA-jevih standardih - ponavadi se misije načrtujejo deset let pred izstrelitvijo, nato jih načrtujejo, oblikujejo in začnejo izvajati v petih letih - zato se boste morali zanesti na naslednje okno, letalo Jupitra med letoma 2029 in 2032, ki mu bo sledil izhod do Neptuna. Naslednja priložnost se bo pojavila šele čez deset let.
Na misiji pri Uranu lahko s tradicionalnimi pogonskimi gorivi in motorji hitreje pridete do pospeševalnih točk - naj bo to raketa Atlas V ali raketa Delta IV Heavy. A ker je Neptun tako daleč in natančna usmeritev se ne ujema tako dobro, kot bi si želeli, se bo misija na ta planet opirala na sistem lansiranja vesolja, NASA-jeve rakete nove generacije s povečano koristnostjo (in še ni letel). Če še ni pravočasno, se bomo morali zanesti na drugo tehnologijo naslednje generacije: sončni električni pogon, ki izkorišča sončno energijo, da vžge ioniziran plin za pospešitev vozila. Doslej so jo uporabljali le na vesoljskih ladjah Dawn pri misijah na zahod in ceres ter pri dveh misijah na majhne asteroide.
"Tudi v primeru sončne električne energije so kemični motorji še vedno potrebni, če sončna energija postane neučinkovita in zavira v orbiti," pravi Simon.
Tako je urnik precej tesen. Če pa se premaknemo bolj aktivno, lahko obe misiji služita drugačnemu namenu: doseči neraziskane svetove Kuiperjevega pasu.
Velika neznanka
Drug članek, ki so ga napisali trije člani ekipe New Horizons, preučuje možnost vrnitve v pas Kuiperja po uspešnem pohodu sonde do Plutona. "Videli smo, kako zanimivo je bilo, in želeli smo vedeti, kaj vse se še dogaja," pravi Tiffany Finley, glavna inženirka na Southwest Research Institute (SWRI) in soavtorica članka, objavljenega v Journal of Spacecraft and Rockets.
Kuiperjev pas vsebuje ostanke ledu iz nastanka sončnega sistema, predmeti v njem pa vključujejo ogromno različnih materialov. Pluton je na primer nekoliko večji od Erisa. Toda Pluton je izdelan iz ledu, zato ima manjšo maso. Eris je večinoma sestavljen iz kamnin, zato je bolj gost. Zdi se, da so nekateri sveti sestavljeni iz metana, drugi pa vsebujejo veliko amoniaka. Nekje na dvorišču našega osončja je veliko pritlikavih planetov in majhnih svetov, ki so ključni za naše razumevanje, kako planeti nastajajo - in ali so lahko drugi planetarni sistemi podobni našemu.
Znanstveniki so uporabili ozke omejitve: nalogo so omejili na 25 let in pregledali 45 najsvetlejših predmetov iz Kuiperjevega pasu ter jih primerjali glede na različne scenarije planetarne letenja. Jupiter je presenetljivo odkril večino ciljev na seznamu. Toda Jupitrovo okno se odpre enkrat na 12 let, zaradi česar so Jupitrove misije časovno odvisne. Preprost prelet Saturna ponuja precej dober seznam ciljev Kuiperjevega pasu.
Toda ko združite te svetove z Uranom ali Neptunom, dobite priložnost, da odkrijete nova dejstva o naših skrivnostnih, najbolj oddaljenih planetih in celo o nekaterih pritlikavih planetih.
Učinek pramenov bo pomagal priti do teh svetov, najprej z Jupitra, nato pa z drugega planeta. Vsak od teh planetov se v 2030-ih v ozkem oknu poravna z Jupitrom in se lepo prilega različnim delom tega desetletja. Na primer, da pridete do seznama svetov na poti z Neptunom, morate v zgodnjih 2030-ih doseči Jupiter, a da bi prišli do Kuiperjevega pasu prek Urana, bi bilo treba izstreliti sredi 2030-ih. Jupiter in Saturn se pravočasno ujameta v Kuiperjev pas v poznih 2030-ih.
Seznam ciljev ponuja veliko zanimivih možnosti. Varuna, podolgovat svet, ki je to obliko pridobil zaradi hitre hitrosti vrtenja, je kot nalašč za letenje okoli Jupiter-Urana. Neptun, kot že omenjeno, zagotavlja pogled na Erisa. Misija skozi Jupiter-Saturn bo omogočila opazovanje Sedne, velikega pritlikavega planeta z orbito, ki bi lahko usmeril pot do še neodkritega planeta deseterice. Jupiter-Saturn vam bo omogočil, da se ustavite na enem najzanimivejših pritlikavih planetov: Haumea.
Tako kot Varuna je tudi Haumea v obliki jajčeca, medtem ko je večina velikih pritlikavih planetov v Kuiperjevem pasu običajno okroglih. Toda Haumea je to obliko dobila iz starodavnega trka, ki ji je dal dve luni, prstanski sistem in rep iz naplavin. Kadar imajo asteroidi podobno sestavo, jih imenujemo "družina trkov". Haumea je ustvaril edino znano družino trkov v Kuiperjev pas.
Karkoli bomo izbrali, ne bomo imeli veliko časa. Če želimo torej videti Haumejeve prstane ali celo rdečo, tujerodno luč Sedne, je treba delo začeti čim prej. Ti svetovi so tako majhni, da obstaja samo en način, kako ugotoviti njihove skrivnosti: priti do njih.
Ilya Khel