Za něco přes rok začne nové desetiletí as ním se otevře zcela nový proud nápadů pro mise NASA, některé blíže - jako Mars, jiné dál. Některé velmi vzdálené. Někteří lidé očekávají, že se pro nás otevře doba robotických cest do světů, které nejsou jen miliony - miliardy kilometrů. Patří k nim Uran a Neptun (planety, které jsme navštívili v roce 1986 a 1989), stejně jako stovky ledových těl mimo oblast známou jako Kuiperův pás.
Kuiperův pás je domovem Pluta a dalších tisíců světů různé velikosti. Většina těl je tvořena stavebními kameny naší sluneční soustavy, které byly dávno doprovázeny do vzdálených ledových oblastí. Návštěva Kuiperova pásu nám může poskytnout vodítka k otázkám o tom, jak se naše planeta a její sousedé utvořili, proč je tolik vody a dalších záhad.
Na hranicích sluneční soustavy
Uran a Neptun také drží mnoho záhad sami o sobě. Čím více se dozvíme o planetárních systémech, tím častěji vidíme, že většina světů není tak velká jako Jupiter a ne tak malá jako Země. Mnoho z nich bývá podobné velikosti jako Uran a Neptun, „ledoví obři“, kteří jsou pojmenováni podle exotického stavu ledu, který leží hluboko pod zakalenými vrstvami. Studium Uranu a Neptunu nám nejen pomůže pochopit planety v naší sluneční soustavě, ale pomůže nám také pochopit planety, které se točí kolem jiných hvězd.
Mnoho z těchto misí závisí na čase. Nadcházející Decadal Survey - „desetiletý průzkum“NASA, kdy agentura vysílá kosmickou loď ve 20. a 20. letech 20. století - by mohl vytvořit nebo narušit tyto dalekosáhlé plány na prozkoumání vnější sluneční soustavy.
Decadal Survey: Jak bude Decadal Survey pokračovat
Propagační video:
Od roku 2020 se sejde skupina Národní akademie věd (za účasti několika zúčastněných stran z kosmické komunity) a sestaví seznam prioritních výzkumných cílů. Vědci nabídnou své možnosti ve formě písemných doporučení známých jako „bílé knihy“(přečteno: bílá kniha).
Z těchto doporučení vyplyne obecný konsenzus o tom, jaké priority by měly být. Tyto cíle slouží jako měřítka pro nabídky středních misí v kategorii Nové hranice (v této kategorii byly New Horizons a Juno). NASA nejprve sestaví seznam navrhovaných misí a poté je postupně zužuje na jednoho nebo dva finalisty. Jakmile finalista dostane zelené světlo, tým za nimi může začít plánovat a navrhovat - a to trvá roky.
To vše může ztěžovat vstup do konkrétního okna, přes které bude možné prozkoumat Uran nebo Neptun, a podívat se na objekt z Kuiperova pásu. Proto jsou přesné grafy riskantní.
Návštěva ledového obra
Jedna ze skupin zejména zvažovala možnost mise navštívit Urán a Neptun současně. Poslední iterace zahrnuje prolétání Uranu a Neptunovy orbity. Vědci, vedeni Markem Hofstadterem a Amy Simon, plánují vidět jinou stránku Uranu než Voyager 2 pozorovanou v roce 1986 a studovat Neptun a jeho největší měsíc, Triton. Triton se otáčí dozadu, což může být způsobeno tím, že to byl kdysi největší objekt v Kuiperově pásu - předtím než Neptun přitáhl Tritona k sobě a vyslal mnoho svých původních satelitů.
Simon říká, že tyto mise by měly být rozmístěny po dobu 15 let, včetně času na cestování a výzkumu. Je to kvůli tomu, jak dlouho mohou jednotlivé části vozidla přežít v prostoru s relativní jistotou. Zatímco kosmická loď může žít déle, 15 let je minimum, během kterého si můžete být jisti, že mise naplní své vědecké úkoly naplno. Ale jak se ujistit, že cesta neztrácí příliš mnoho zdrojů v současné fázi výzkumu? Jeden způsob, jak zrychlit kosmickou loď, je použít gravitační sílu planety ke zrychlení.
"Obvykle, aby se tam dostali za méně než 12 let, létají kolem planet, obvykle včetně Země a Venuše," říká Simon. V takových scénářích se vrhnete do gravitace planety dobře a doufáte v prakový efekt, který zrychlí vaše plavidlo a ušetří co nejvíce paliva. Jupiter je také používán tím nejlepším z možností, protože je nejmasivnější a může velmi urychlit kosmickou loď.
Například New Horizons použil Jupiterovu pomoc k dosažení Pluta. Cassini použil čtyři samostatné přelety k urychlení se Saturnem po startu ze Země, dvakrát zrychlení z Venuše, návrat na Zemi a konečný skok z Jupiteru.
Simon říká, že aby se mohl dostat do Uranu v napjatém plánu, mohl by být použit Saturnův průlet - například v okně mezi lety 2024 a 2028 zachytit plynného obra na správném místě na jeho 29leté oběžné dráze. Taková mise bude vyžadovat rychlé zvážení standardy NASA - mise jsou obvykle plánovány deset let před zahájením, pak plánovány, navrženy a zahájeny do pěti let - takže se budete muset spolehnout na další okno, let Jupitera mezi lety 2029 a 2032, následovaný výstupem do Neptunu. Další šance se objeví nejdříve za deset let.
Mise do Uranu může používat tradiční pohonné hmoty a motory k rychlejšímu dosažení bodů zrychlení - ať už jde o raketu Atlas V nebo těžkou raketu Delta IV. Ale protože Neptun je tak daleko a přesná trajektorie se neliší tak dokonale, jak bychom chtěli, bude mise na tuto planetu záviset na kosmickém spouštěcím systému, raketách nové generace NASA se zvýšeným užitečným zatížením (a ještě ani nelétá). Pokud není včas připravený, budeme se muset spoléhat na další technologii nové generace: solární elektrický pohon, který využívá sluneční energii k zapálení ionizovaného plynu k urychlení vozidla. Až dosud se používal pouze na kosmické lodi Dawn při misích na západ a Ceres a na dvou misích na malé asteroidy.
"I v případě solární elektřiny jsou chemické motory stále potřeba v případě, že sluneční energie bude neúčinná a pro brzdění na oběžné dráze," říká Simon.
Časový rozvrh je tedy velmi těsný. Pokud se však budeme pohybovat aktivněji, mohou obě tyto mise posloužit jinému účelu: dosáhnout neprozkoumaných světů Kuiperova pásu.
Velký neznámý
Další příspěvek, který napsali tři členové týmu New Horizons, zkoumá možnost návratu do Kuiperova pásu po úspěšné sondové chůzi do Pluta. "Viděli jsme, jak zajímavé to bylo, a chtěli jsme vědět, co je tam venku," říká Tiffany Finley, hlavní inženýrka Jihozápadního výzkumného ústavu (SWRI) a spoluautor článku publikovaného v časopise Journal of Spacecraft and Rockets.
Kuiperův pás obsahuje zbytky ledu z formování sluneční soustavy a objekty v něm obsahují obrovské množství různých materiálů. Například Pluto je o něco větší než Eris. Ale Pluto je vyrobeno z ledu, takže má méně hmoty. Eris je z větší části tvořen horninami, takže je hustší. Zdá se, že některé světy jsou složeny z metanu, zatímco jiné obsahují hodně amoniaku. Někde na dvorku naší sluneční soustavy je mnoho trpasličích planet a malých světů, které drží klíčové body pro naše pochopení toho, jak vznikají planety - a zda jiné planetární systémy mohou být jako naše.
Vědci použili úzká omezení: omezili misi na 25 let a zkoumali 45 z nejjasnějších objektů Kuiperova pásu a porovnali je s ohledem na různé scénáře planetárního letu. Jupiter překvapivě objevil většinu cílů na seznamu. Okno Jupitera se však otevírá jednou za 12 let, takže Jupiterovy mise jsou časově závislé. Jednoduchý průlet Saturnem poskytuje docela dobrý seznam cílů Kuiperova pásu.
Když však tyto světy spárujete s Uranem nebo Neptunem, budete mít příležitost objevit nová fakta o našich tajemných, nejvzdálenějších planetách a dokonce i některých trpasličích planetách v jednom padajícím swoopu.
Efekt praku pomůže dosáhnout těchto světů, nejprve od Jupiteru a poté z jiné planety. Každá z těchto planet se srovná s Jupiterem v úzkém okně ve 30. letech 20. století a úhledně se vejde do různých částí této dekády. Například, abyste se dostali na seznam světů na cestě s Neptunem, musíte se dostat na Jupiter na začátku 20. let 20. století, ale dostat se na Kuiperův pás přes Uran by vyžadovalo zahájení v polovině 20. let. Na konci 20. let se Jupiter a Saturn načas zarovnovali na prak do Kuiperova pásu.
Seznam cílů nabízí mnoho zajímavých možností. Varuna, protáhlý svět, který získal tento tvar díky své vysoké rychlosti rotace, je ideální pro létání kolem Jupiteru-Uranu. Neptun, jak již bylo zmíněno, poskytuje letmý pohled na Erise. Mise přes Jupiter-Saturn umožní pozorování Sedny, velké trpasličí planety s oběžnou dráhou, která by mohla ukázat cestu na dosud neobjevenou planetu deset. Jupiter-Saturn vám umožní zastavit se na jedné z nejzajímavějších trpasličích planet: Haumea.
Stejně jako Varuna má i Haumea tvar vejce, zatímco většina velkých trpasličích planet v Kuiperově pásu je obvykle kulatá. Ale Haumea získala tento tvar ze starověké srážky, která jí dala dva měsíce, prstencový systém a ocas vyrobený z trosek. Když mají asteroidy podobné složení, nazývají se „kolizní rodina“. Haumea vytvořil jedinou známou rodinu kolizí v Kuiperově pásu.
Ať už si vybereme cokoli, nebudeme mít moc času. Pokud tedy chceme vidět prstence Haumea nebo dokonce červené, mimozemské světlo Sedny, je třeba začít s prací co nejdříve. Tyto světy jsou tak malé, že existuje jen jeden způsob, jak zjistit jejich tajemství: dostat se k nim.
Ilya Khel