stringtranslate.com

Исследование Урана

Цветная фотография Урана, сделанная Вояджером-2 в 1986 году, когда он направлялся к планете Нептун.

Исследование Урана на сегодняшний день проводилось с помощью телескопов и одиночного зонда космического корабля НАСА Voyager 2 , который приблизился к Урану на максимально близкое расстояние 24 января 1986 года. Voyager 2 открыл 10 лун , изучил холодную атмосферу планеты и исследовал ее кольцевую систему , открыв два новых кольца. Он также сделал снимки пяти крупных лун Урана, показав, что их поверхности покрыты ударными кратерами и каньонами .

Было предложено несколько специальных исследовательских миссий к Урану, [1] [2], но по состоянию на 2023 год ни одна из них не была одобрена. [3] [4]

Вояджер 2

Voyager 2 приблизился к Урану на максимально близкое расстояние 24 января 1986 года, пролетев на расстоянии 81 500 км (50 600 миль) от облачных вершин планеты. Это был первый одиночный планетарный пролет зонда, поскольку Voyager 1 завершил свой тур по внешним планетам на луне Сатурна Титане .

Спутник Урана Миранда , снимок сделанный Вояджером-2

Уран — третья по величине и четвертая по массе планета в Солнечной системе . Он вращается вокруг Солнца на расстоянии около 2,8 миллиарда километров (1,7 миллиарда миль) и совершает один оборот за 84 года. Продолжительность дня на Уране, измеренная Voyager 2, составляет 17 часов и 14 минут. Уран отличается тем, что он наклонен на бок. Считается, что его необычное положение является результатом столкновения с телом размером с планету в начале истории Солнечной системы . Учитывая его странную ориентацию, когда его полярные области подвергались воздействию солнечного света или темноты в течение длительных периодов, и то, что Voyager 2 должен был прибыть примерно во время солнцестояния Урана , ученые не были уверены, чего ожидать от Урана.

Наличие магнитного поля на Уране не было известно до прибытия Вояджера-2 . Интенсивность поля примерно сопоставима с земной, хотя она значительно больше меняется от точки к точке из-за большого смещения от центра Урана. Своеобразная ориентация магнитного поля предполагает, что поле генерируется на промежуточной глубине внутри, где давление достаточно высоко для того, чтобы вода стала электропроводящей. Вояджер-2 обнаружил, что одним из самых поразительных влияний бокового положения планеты является его влияние на хвост магнитного поля , который сам по себе наклонен на 60 градусов относительно оси вращения планеты . Было показано, что магнитный хвост скручен вращением планеты в длинную спиральную форму позади планеты.

Было обнаружено, что радиационные пояса на Уране имеют интенсивность, близкую к интенсивности на Сатурне. Интенсивность радиации внутри поясов такова, что облучение быстро затемняет (в течение 100 000 лет) любой метан , захваченный ледяными поверхностями внутренних лун и кольцевых частиц. Это могло способствовать затемнению поверхностей лун и кольцевых частиц, которые имеют почти однородно серый цвет.

Изображение темных колец Урана, полученное « Вояджером -2»

Вокруг освещенного солнцем полюса был обнаружен высокий слой дымки , который также излучал большое количество ультрафиолетового света , явление, названное «электросвечением». Средняя температура атмосферы планеты составляет около 59 К (−214,2 °C). Удивительно, но освещенные и темные полюса, а также большая часть планеты, показывают почти одинаковую температуру на вершинах облаков.

Voyager 2 обнаружил 10 новых лун, доведя общее число на тот момент до 15. Большинство новых лун небольшие, диаметр самой большой из них составляет около 150 км (93 мили).

Луна Миранда , самая внутренняя из пяти крупных лун, оказалась одним из самых странных тел, когда-либо наблюдавшихся в Солнечной системе. Подробные изображения с пролета луны Вояджером - 2 показали огромные овальные структуры, называемые коронами, окруженные разломами глубиной до 20 км (12 миль), террасными слоями и смесью старых и молодых поверхностей. Одна из теорий гласит, что Миранда может быть повторным скоплением материала из более раннего времени, когда луна была расколота сильным ударом.

Пять крупных лун, по-видимому, представляют собой конгломераты льда и камня , как и спутники Сатурна . Титания отмечена огромными системами разломов и каньонами, указывающими на некоторую степень геологической , вероятно, тектонической, активности в ее истории. У Ариэля самая яркая и, возможно, самая молодая поверхность из всех лун Урана, а также, по-видимому, она подверглась геологической активности, которая привела к появлению множества разломных долин и, по-видимому, обширных потоков ледяного материала. На Умбриэле или Обероне наблюдалась незначительная геологическая активность , судя по их старым и темным поверхностям.

Все девять ранее известных колец были изучены космическим аппаратом и показали, что кольца Урана заметно отличаются от колец Юпитера и Сатурна. Кольцевая система может быть относительно молодой и не образовалась в то же время, что и Уран. Частицы, из которых состоят кольца, могут быть остатками луны, которая была сломана высокоскоростным ударом или разорвана гравитационными эффектами . Voyager 2 также обнаружил два новых кольца.

В марте 2020 года, после переоценки старых данных, полученных «Вояджером-2», астрономы НАСА сообщили об обнаружении большого магнитного пузыря, известного как плазмоид , который может выбрасывать атмосферу Урана в космос. [5] [6]

Предлагаемые миссии

Было предложено несколько миссий к Урану. Ученые из Лаборатории космических наук Малларда в Соединенном Королевстве предложили совместную миссию NASA– ESA Uranus Pathfinder к Урану. Призыв к миссии среднего класса (M-класса) к планете, которая должна быть запущена в 2022 году, был подан в ЕКА в декабре 2010 года с подписями 120 ученых со всего мира. ЕКА ограничивает стоимость миссий M-класса 470 миллионами евро . [11] [3] [12]

В 2009 году группа ученых-планетологов из Лаборатории реактивного движения NASA выдвинула возможные проекты для орбитального аппарата Урана на солнечной энергии. Наиболее благоприятным окном запуска для такого зонда был бы август 2018 года с прибытием на Уран в сентябре 2030 года. Научный пакет включал бы магнитометры, детекторы частиц и, возможно, камеру для получения изображений. [13]

В 2010 году ученые Лаборатории прикладной физики предложили зонд Herschel Orbital Reconnaissance of the Uranian System, на который сильно повлиял зонд New Horizons , и который планировалось запустить в апреле 2021 года. [14] [15]

В 2011 году Национальный исследовательский совет США рекомендовал орбитальный аппарат и зонд Урана в качестве третьего приоритета для миссии NASA Flagship в рамках NASA Planetary Science Decadal Survey . Однако эта миссия считалась менее приоритетной, чем будущие миссии к Марсу и системе Юпитера , которые позже стали Mars 2020 и Europa Clipper . [4] [16] [17]

Миссия на Уран является одним из нескольких предлагаемых вариантов использования, которые рассматриваются для беспилотного варианта тяжелого космического пускового комплекса NASA (SLS), который в настоящее время находится в разработке. Сообщается, что SLS сможет запускать до 1,7 метрических тонн на Уран. [18]

В 2013 году было предложено использовать электрический парус (E-Sail) для отправки зонда для входа в атмосферу к Урану. [19]

В 2015 году НАСА объявило, что начало исследование осуществимости возможности орбитальных миссий к Урану и Нептуну в рамках бюджета в 2 миллиарда долларов в ценах 2015 года. По словам директора по планетарной науке НАСА Джима Грина, который инициировал исследование, такие миссии будут запущены не раньше конца 2020-х годов и будут зависеть от их одобрения планетарным научным сообществом, а также от способности НАСА предоставить ядерные источники энергии для космического корабля. [20] Концептуальные проекты такой миссии в настоящее время [ когда? ] анализируются. [21]

MUSE , задуманная в 2012 году и предложенная в 2015 году, является европейской концепцией специальной миссии на планету Уран для изучения ее атмосферы , недр, лун , колец и магнитосферы . [22] Предполагается, что ее запуск будет осуществлен с помощью ракеты Ariane 5 в 2026 году, прибытие на Уран в 2044 году и работа до 2050 года. [22]

В 2016 году была задумана еще одна концепция миссии под названием « Происхождение и состав экзопланетной аналоговой системы Урана» (OCEANUS), и она была представлена ​​в 2017 году в качестве потенциального претендента на будущую миссию программы «Новые рубежи» . [23] Примерно в то же время студенты Университета Пердью выпустили свою флагманскую версию OCEANUS; она включала в себя более чем в два раза больше инструментов в более компактном дизайне с большей антенной с высоким коэффициентом усиления, а также два атмосферных зонда для Сатурна и Урана вместо единственного уранианского зонда в предыдущей концепции. [24]

Другая концепция миссии класса New Frontiers была представлена ​​в 2020 году. Она называется QUEST (Quest to Uranus to Explore Solar System Theories) и, как утверждают ее авторы, более реалистична, чем предыдущие подобные предложения. Она предусматривает запуск в 2032 году с гравитационным маневром Юпитера в 2036 году и прибытие к Урану в 2045 году. Затем космический корабль выходит на эллиптическую полярную орбиту вокруг планеты с перицентром около 1,1 радиуса Урана. Сухая масса космического корабля составляет 1210 кг, и он несет четыре научных прибора: магнитометр , микроволновый радиометр , широкоугольную камеру и детектор плазменных волн . [25]

В октябре 2021 года группа, состоящая в основном из сотрудников JPL и Исследовательского центра Эймса, предложила осуществить еще одну миссию класса New Frontiers, желательно в конце 2040-х годов, под названием Uranian Magnetosphere and Moons Investigator. [26]

В 2022 году миссия орбитального аппарата и зонда Урана (последний проект которой был представлен в июне 2021 года) была определена как наивысший приоритет для флагманской миссии НАСА в рамках Планетарного научного десятилетнего обзора 2023–2032 годов , опередив Энцеладский орбитальный аппарат и продолжающуюся программу возврата образцов с Марса из-за отсутствия знаний о ледяных гигантах . [27]

В ответ на это в июле 2023 года группа ученых из Университета Джонса Хопкинса предложила орбитальный аппарат для Урана под названием Plasma Environment, Radiation, Structure, and Evolution of the Uranian System (PERSEUS), сосредоточившись в основном на плазменной, магнитной и гелиофизической среде Урана. Запуск запланирован на февраль 2031 года, а прибытие — на середину 2043 года, сухая масса оценивается в 913,1 кг. [28]

Будущие окна запуска доступны между 2030 и 2034 годами. [29]

Китай планирует отправить свою первую исследовательскую миссию к Урану в 2045 году в рамках миссии «Тяньвэнь-4» . [30] [31] [32]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ «Повторный визит к ледяным гигантам: исследование НАСА рассматривает миссии к Урану и Нептуну». Planetary Society . 21 июня 2017 г. . Получено 24 июня 2017 г. .
  2. ^ "Ice Giant Mission Study Final Report". NASA / Lunar and Planetary Institute . Июнь 2017 г. Получено 25 июня 2017 г.
  3. ^ ab Sutherland, Paul (7 января 2011 г.). "Ученые планируют зондирование Урана". The Christian Science Monitor . Получено 16 января 2011 г.
  4. ^ ab Дебора Забаренко (7 марта 2011 г.). «Рекомендуются бережливые миссии США на Марс и спутник Юпитера». Reuters . Получено 13 марта 2011 г.
  5. ^ Хэтфилд, Майк (25 марта 2020 г.). «Пересматривая данные, полученные «Вояджером-2» десятилетиями ранее, ученые обнаружили еще один секрет — Восемь с половиной лет спустя после начала своего грандиозного путешествия по Солнечной системе космический аппарат НАСА «Вояджер-2» был готов к новой встрече. Это было 24 января 1986 года, и вскоре ему предстояло встретиться с загадочной седьмой планетой, ледяным Ураном». NASA . Получено 27 марта 2020 г.
  6. ^ Эндрюс, Робин Джордж (27 марта 2020 г.). «Уран выбросил гигантский плазменный пузырь во время визита Вояджера-2 — Планета сбрасывает свою атмосферу в пустоту, сигнал, который был зарегистрирован, но упущен из виду в 1986 году, когда мимо пролетал роботизированный космический аппарат». The New York Times . Получено 27 марта 2020 г.
  7. ^ Смит, Р. М.; Йозвиак, А. В.; Ледерер, А. П.; Тертл, Э. П. (1 марта 2010 г.). HORUS — орбитальная разведка системы Урана с помощью телескопа Herschel. 41-я ежегодная конференция по лунной и планетарной науке (отчет). стр. 2471. Bibcode : 2010LPI....41.2471S . Получено 23 октября 2024 г.
  8. ^ Джармак, С.; Леонард, Э.; Акинс, А.; Даль, Э.; Кремонс, ДР; Кофилд, С.; Кертис, А.; Донг, К.; Данэм, ET; Журно, Б.; Мураками, Д.; Нг, В.; Пикетт, М.; Гириджа, А. Прадипкумар; Ринк, К.; Шурмайер, Л.; Штейн, Н.; Талларида, Н.; Телус, М.; Лоус, Л.; Бадни, К.; Митчелл, КЛ (1 мая 2020 г.). «КВЕСТ: исследование концепции миссии орбитального корабля New Frontiers Uranus». Акта Астронавтика . 170 : 6–26. Бибкод : 2020AcAau.170....6J. doi :10.1016/j.actaastro.2020.01.030. ISSN  0094-5765 . Получено 23 октября 2024 г. .
  9. ^ Леонард, Эрин Дж.; Элдер, Кэтрин; Нордхайм, Том А.; Картрайт, Ричард; Алекс Паттофф, Д.; Беддингфилд, Хлоя; Кокрейн, Кори; Брукс, Шон; Тискарено, Мэтью; Стрэндж, Натан; Балинт, Тибор (1 октября 2021 г.). "UMaMI: концепция миссии в стиле New Frontiers для исследования системы Урана". The Planetary Science Journal . 2 (5): 174. Bibcode : 2021PSJ.....2..174L. doi : 10.3847/PSJ/ac0e3b .
  10. ^ Коэн, Ян Дж.; Смит, Эван Дж.; Кларк, Джордж Б.; Тернер, Дрю Л.; Эллисон, Дональд Х.; Клэр, Бен; Реголи, Леонардо Х.; Коллманн, Питер; Галлахер, Дэниел Т.; Хольцман, Г. Аллан; Ликар, Джастин Дж.; Моризоно, Такеши; Шеннон, Мэтью; Водусек, Кимберли С. (декабрь 2023 г.). «Плазменная среда, излучение, структура и эволюция системы Урана (PERSEUS): концепция специальной миссии орбитального аппарата для изучения космической физики на Уране». Обзоры космической науки . 219 (8). Bibcode : 2023SSRv..219...65C. doi : 10.1007/s11214-023-01013-6. PMC 10587260 . PMID  37869526. 
  11. ^ Арридж, Крис (2010). "Uranus Pathfinder" . Получено 10 января 2011 г.
  12. ↑ Официальный сайт ЕКА: «Призыв к возможности запуска миссии среднего размера в 2022 году». 16 января 2011 г. Получено 16 января 2011 г.
  13. ^ Хофштадтер, Марк (2009). «Дело в пользу орбитального аппарата Урана и как он решает проблему спутниковой науки» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 16 мая 2018 г. . Получено 26 мая 2012 г. .См. также проект.
  14. ^ Смит, Р. М.; Йозвиак, А. В.; Ледерер, А. П.; Тертл, Э. П. (2010). «Орбитальная разведка системы Урана с помощью Гершеля». 41-я ежегодная конференция по науке о Луне и планетах (1533): 2471. Bibcode : 2010LPI....41.2471S . Получено 16 апреля 2024 г.
  15. ^ Эванс, Бен (30 сентября 2012 г.). «Проигрышная сделка: «скучный» Уран превращается в «интересный». AmericaSpace — для исследователей космоса . Получено 16 апреля 2024 г.
  16. ^ "Vision and Voyages for Planetary Science in the Decade 2013–2022" (PDF) (Пресс-релиз). Национальные академии . 2011. Получено 7 марта 2011 г.
  17. ^ Марк Хофштадтер, «Наука о ледяных гигантах: в пользу орбитального аппарата на Уране», Лаборатория реактивного движения/Калифорнийский технологический институт, Отчет для Группы по гигантским планетам Десятилетнего обзора, 24 августа 2009 г.
  18. ^ Гебхардт, Крис (20 ноября 2013 г.). «Новые возможности миссии SLS исследованы с помощью новой большой верхней ступени». NASAspaceflight.com.
  19. ^ Янхунен, Пекка; Лебретон, Жан-Пьер; Мерикаллио, Сини; Патон, Марк; Менгали, Джованни; Кварта, Алессандро А. (2014). «Миссия по быстрому входу в Уран с электронным парусом». Планетарная и космическая наука . 104 : 141–146. arXiv : 1312.6554 . Бибкод : 2014P&SS..104..141J. дои :10.1016/j.pss.2014.08.004.
  20. ^ Леоне, Дэн (25 августа 2015 г.). «NASA будет изучать Уран и орбитальные аппараты Нептуна». Космические новости.
  21. ↑ Стивен Кларк «Уран и Нептун в поле зрения НАСА для новой роботизированной миссии», Spaceflight Now, 25 августа 2015 г.
  22. ^ ab Bocanegra-Bahamón, Tatiana (2015). "Миссия MUSE в систему Урана: раскрытие эволюции и образования ледяных гигантов" (PDF) . Advances in Space Research . 55 (9): 2190–2216. Bibcode :2015AdSpR..55.2190B. doi :10.1016/j.asr.2015.01.037.
  23. ^ Миссии класса New Frontiers к ледяным гигантам. CM Elder, AM Bramson, LW Blum, HT Chilton, A. Chopra, C. Chu6, A. Das, A. Davis, A. Delgado, J. Fulton, L. Jozwiak, A. Khayat, ME Landis, JL Molaro, M. Slipski, S. Valencia11, J. Watkins, CL Young, CJ Budney, KL Mitchell. Семинар Planetary Science Vision 2050 2017 (LPI Contrib. No. 1989).
  24. ^ Мэнселл, Дж.; Коленчерри, Н.; Хьюз, К.; Арора, А.; Че, HS; Коулман, К.; Эллиотт, Дж.; Фултон, С.; Хобар, Н.; Либбен, Б.; Лу, Ю.; Миллейн, Дж.; Мудек, А.; Подеста, Л.; Пуплин, Дж.; Шибата, Э.; Смит, Г.; Тэкетт, Б.; Укай, Т.; Витсбергер, П.; Сайкиа, С. (2017). «Океан: концепция флагманской миссии с несколькими космическими кораблями для исследования Сатурна и Урана». Достижения в космических исследованиях . 59 (9): 2407–2433. Бибкод : 2017AdSpR..59.2407M. дои : 10.1016/j.asr.2017.02.012.
  25. ^ Джармак, С.; Леонард, Э.; Акинс, А.; Даль, Э.; Кремонс, ДР; Кофилд, С.; Кертис, А.; Донг, К.; Данэм, ET; Журно, Б.; Мураками, Д.; Нг, В.; Пикетт, М.; Гириджа, А. Прадипкумар; Ринк, К.; Шурмайер, Л.; Штейн, Н.; Талларида, Н.; Телус, М.; Лоус, Л.; Бадни, К.; Митчелл, КЛ (май 2020 г.). «КВЕСТ: исследование концепции миссии орбитального корабля New Frontiers Uranus». Акта Астронавтика . 170 : 6–26. Бибкод : 2020AcAau.170....6J. doi :10.1016/j.actaastro.2020.01.030.
  26. ^ Леонард, Эрин Дж.; Элдер, Кэтрин; Нордхайм, Том А.; Картрайт, Ричард; Паттофф, Д. Алекс; Беддингфилд, Хлоя; Кокрейн, Кори; Брукс, Шон; Тискарено, Мэтью; Стрэндж, Натан; Балинт, Тибор (1 октября 2021 г.). «UMaMI: концепция миссии в стиле New Frontiers для исследования системы Урана». The Planetary Science Journal . 2 (5): 174. Bibcode : 2021PSJ.....2..174L. doi : 10.3847/PSJ/ac0e3b . ISSN  2632-3338.
  27. ^ "Planetary Science and Astrobiology Decadal Survey 2023–2032". Национальные академии . Получено 17 мая 2022 г.
  28. ^ Коэн, Ян Дж.; Смит, Эван Дж.; Кларк, Джордж Б.; Тернер, Дрю Л.; Эллисон, Дональд Х.; Клэр, Бен; Реголи, Леонардо Х.; Коллманн, Питер; Галлахер, Дэниел Т.; Хольцман, Г. Аллан; Ликар, Джастин Дж.; Моризоно, Такеши; Шеннон, Мэтью; Водусек, Кимберли С. (2023). «Плазменная среда, излучение, структура и эволюция системы Урана (PERSEUS): концепция специальной миссии орбитального аппарата для изучения космической физики на Уране». Обзоры космической науки . 219 (8): 64. Bibcode : 2023SSRv..219...65C. doi : 10.1007/s11214-023-01013-6. ISSN  0038-6308. PMC 10587260. PMID  37869526 . 
  29. ^ Дэвис, Джейсон (21 июня 2017 г.). «Повторный визит к ледяным гигантам: исследование НАСА рассматривает миссии к Урану и Нептуну». Planetary Society . Получено 31 июля 2020 г.
  30. ↑ Джонс, Эндрю (22 сентября 2022 г.). «Китай хочет исследовать Уран и Юпитер с помощью двух космических аппаратов на одной ракете». space.com . Получено 5 февраля 2023 г.
  31. ^ «Китайская миссия на Марс «проходит гладко», говорит главный конструктор – Китай». Chinadaily.com.cn . Получено 26.05.2022 .
  32. ^ Эндрю Джонс (21.12.2023). «Планы Китая по исследованию внешней Солнечной системы». Планетарное общество . Получено 27.12.2023 .

Библиография

Внешние ссылки