Раскрытие Урана и его ледяных тайн

Уран, седьмая планета от Солнца, вращается во внешней Солнечной системе, примерно в двух миллиардах миль (3,2 миллиарда километров) от Земли. Это огромный мир — в четыре раза больше диаметра Земли, в 15 раз больше массы и в 63 раза больше объёма. Не посещаемый космическими кораблями более 35 лет, Уран обитает в одном из наименее изученных регионов нашей солнечной системы.

Хотя ученые узнали кое-что о ней из телескопических наблюдений и теоретических работ после пролета «Вояджера-2» в 1986 году, планета остается загадкой. Солнечную систему легко разделить на две большие группы: внутреннюю зону с четырьмя каменистыми планетами и внешнюю зону с четырьмя планетами-гигантами.

Но природа, как обычно, сложнее. Уран и Нептун, восьмая планета от Солнца, сильно отличаются от остальных. Оба являются ледяными гигантами, состоящими в основном из таких соединений, как вода, лед, аммиак и метан; это места, где средняя температура составляет от минус 320 до минус 350 градусов по Фаренгейту (минус 212 по Цельсию).

Благодаря недавним открытиям экзопланет – миров за пределами нашей солнечной системы, находящихся на расстоянии триллионов миль – астрономы узнали, что ледяные гиганты распространены по всей галактике. Они бросают вызов нашему пониманию формирования и эволюции планет. Уран, сравнительно близкий к нам, является краеугольным камнем для познания о них.

Новая миссия

Многие представители космического сообщества, как и я, призывают НАСА запустить автоматический космический корабль для исследования Урана. Действительно, десятилетний опрос ученых-планетологов 2023 года назвал такое путешествие единственным высшим приоритетом новой флагманской миссии НАСА. На этот раз космический корабль не будет просто пролетать мимо Урана по пути куда-то еще, как это сделал «Вояджер-2».

Вместо этого зонд проведет годы на орбите и изучении планеты, ее 27 спутников и 13 колец. Вы можете задаться вопросом, зачем отправлять космический корабль на Уран, а не на Нептун. Это вопрос орбитальной архитектуры. Из-за положения обеих планет в течение следующих двух десятилетий космическому кораблю с Земли будет легче следовать по траектории, чтобы достичь Урана, чем по Нептуну.

Запущенный в нужное время, орбитальный аппарат достигнет Урана примерно через 12 лет. Вот лишь несколько основных вопросов, на которые поможет ответить орбитальный аппарат Урана: из чего именно состоит Уран? Почему Уран летом наклонен набок, а его полюса направлены почти прямо к Солнцу, что отличается от всех других планет Солнечной системы?

Что генерирует странное магнитное поле Урана, имеющее форму, отличную от земной, и не совпадающую с направлением вращения планеты? Как работает атмосферная циркуляция на ледяном гиганте? Что ответы на все эти вопросы говорят нам о том, как формируются ледяные гиганты?

Несмотря на прогресс, достигнутый учеными в этих и других вопросах после пролета «Вояджера-2», ничто не заменит прямые, детальные и повторяющиеся наблюдения с орбитального космического корабля.

Кольца и эти луны

Кольца вокруг Урана, вероятно, состоящие из грязного льда, тоньше и темнее, чем кольца вокруг Сатурна. Орбитальный аппарат Урана будет искать в них «рябь», похожую на волны на озере. Их обнаружение позволит ученым использовать кольца в качестве гигантского сейсмометра, чтобы помочь нам узнать о внутренней части Урана, одной из его величайших тайн. Луны, названные в основном в честь литературных персонажей из произведений Шекспира и Поупа, в основном состоят из замороженной смеси льда и камня.

Пять лун особенно привлекательны. Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон достаточно велики, чтобы иметь сферическую форму, и их можно рассматривать как самостоятельные миниатюрные миры. Во время пролета «Вояджер-2» сделал снимки южного полушария спутников с низким разрешением.

(Их северные полушария, до сих пор невидимые, остаются одной из главных неисследованных границ нашей солнечной системы.) Эти изображения включают фотографии ледяных вулканов на Ариэле – дразнящий намек на геологическую и тектоническую активность прошлого и, возможно, на подземные воды.

Возможность существования океанов и жизни

Это приводит к одной из самых захватывающих частей миссии: многие ученые-планетологи предполагают, что Ариэль и, возможно, большинство или все остальные пять лун могут быть океанским миром, укрывающим большие подземные массы жидкой воды на многие мили под твердым ледяным слоем. поверхность. Выяснить, есть ли на какой-либо из лун океаны, — одна из главных целей миссии.

Это одна из причин, по которой орбитальный аппарат, вероятно, будет иметь магнитометр – для обнаружения электромагнитных взаимодействий подземного океана, когда один из его спутников проходит через магнитное поле Урана. Инструменты для измерения гравитационных полей лун и камеры для изучения геологии их поверхности также могут помочь.

Жидкая вода является важнейшим требованием для жизни, какой мы ее знаем. Если океаны будут обнаружены, ученые захотят искать другие ингредиенты жизни на лунах, такие как энергия, питательные вещества и органическое вещество.

Не завершенная сделка

Дата запуска миссии еще не установлена, и НАСА еще не получило официального разрешения на ее финансирование. Стоимость, вероятно, превысит миллиард долларов. Один критический фактор, который следует учитывать: космос действует по своему собственному графику, и траектории космических кораблей к Урану будут меняться с годами по мере движения планет по своим орбитам.

В идеале НАСА должно было бы запустить миссию в 2031 или 2032 году, чтобы максимизировать удобство траектории и минимизировать время в пути. Этот промежуток времени меньше, чем может показаться; чтобы быть готовым к запуску, требуются годы планирования – и еще годы строительства космического корабля. Вот почему сейчас самое время начать процесс и профинансировать миссию в этот увлекательный мир.