Исследование Нептуна

Нептун был непосредственно исследован одним космическим зондом « Вояджер-2» в 1989 году. По состоянию на 2024 год. [update]Подтвержденных будущих миссий по посещению системы Нептуна нет, хотя предварительную китайскую миссию планируется запустить в 2024 году. [1] НАСА , ЕКА и независимые академические группы предложили будущие научные миссии с посещением Нептуна. Некоторые планы миссий все еще действуют, тогда как другие были отменены или приостановлены. [ нужна ссылка ]
С середины 1990-х годов Нептун изучается издалека с помощью телескопов, в том числе космического телескопа «Хаббл» и наземного телескопа «Кек» с использованием адаптивной оптики . [2]
Вояджер 2
[ редактировать ]
После того, как «Вояджер-2» успешно посетил Сатурн, было решено профинансировать дальнейшие миссии к Урану и Нептуну . Эти миссии проводились Лабораторией реактивного движения , а нептунианская миссия получила название «Межзвездная миссия «Вояджер Нептун». «Вояджер-2» начал делать навигационные снимки Нептуна в мае 1988 года. [3] Собственно фаза наблюдения Нептуна «Вояджером-2 » началась 5 июня 1989 года, космический корабль официально достиг системы Нептуна 25 августа, а сбор данных прекратился 2 октября. [4] Первоначально планировалось использовать траекторию, в результате которой «Вояджер-2» прошел примерно в 1300 км (810 миль) от Нептуна и в 8200 км (5100 миль) от Тритона. [5] Необходимость избегать материала колец, обнаруженного при затмениях звезд , побудила отказаться от этой траектории, и была построена траектория, которая в основном обходила кольца, но приводила к более дальним пролетам обеих целей. [5]

25 августа, во время последней встречи с планетой «Вояджера-2» , космический корабль пролетел всего на 4950 км (3080 миль) над северным полюсом Нептуна, что стало самым близким сближением с каким-либо телом с тех пор, как он покинул Землю в 1977 году. В то время Нептун был самое дальнее известное тело Солнечной системы. Лишь в 1999 году Плутон отдалится от Солнца по своей траектории. «Вояджер-2» изучал атмосферу Нептуна , кольца Нептуна , его магнитосферу и спутники Нептуна . [6] Система Нептуна изучалась с научной точки зрения в течение многих лет с помощью телескопов и косвенных методов, но тщательный осмотр зондом «Вояджер-2» решил многие проблемы. [ нужен пример ] и выявило множество информации, которую иначе невозможно было получить. [ нужен пример ] Данные «Вояджера-2» в большинстве случаев по-прежнему являются лучшими данными, доступными на этой планете. [ нужна ссылка ]
Исследовательская миссия показала, что атмосфера Нептуна очень динамична, хотя она получает лишь три процента солнечного света, который получает Юпитер . Ветры на Нептуне оказались самыми сильными в Солнечной системе: в три раза сильнее, чем на Юпитере, и в девять раз сильнее, чем самые сильные ветры на Земле. Большинство ветров дули на запад, в противоположном направлении вращения планеты. Были обнаружены отдельные облачные палубы, облачные системы появлялись и растворялись в течение нескольких часов, а гигантские штормы кружили всю планету в течение шестнадцати-восемнадцати часов в верхних слоях. «Вояджер-2» обнаружил антициклон , получивший название « Большое темное пятно» Юпитера , похожий на Большое красное пятно . Однако изображения, полученные космическим телескопом «Хаббл» в 1994 году, показали, что Большое Темное Пятно исчезло. [7] В верхних слоях атмосферы Нептуна также было замечено миндалевидное пятно, обозначенное D2, и яркое, быстро движущееся облако высоко над облачными слоями, получившее название «Скутер». [4] [8]

Пролет системы Нептуна позволил впервые точно измерить массу Нептуна, которая оказалась на 0,5 процента меньше, чем рассчитывалось ранее. Новая цифра опровергла гипотезу о том, что неоткрытая Планета X действовала на орбиты Нептуна и Урана. [9] [10]
Нептуна Было обнаружено, что магнитное поле сильно наклонено и в значительной степени смещено от центра планеты. Зонд обнаружил полярные сияния, гораздо более слабые, чем на Земле или других планетах. Радиоприборы на борту установили, что день Нептуна длится 16 часов 6,7 минут. Кольца Нептуна наблюдались с Земли за много лет до посещения «Вояджера-2 » , но тщательный осмотр показал, что системы колец прошли полный круг и не повреждены, и всего было насчитано четыре кольца. [4]
«Вояджер-2» обнаружил шесть новых малых спутников, вращающихся вокруг экваториальной плоскости Нептуна, получивших названия Наяда , Таласса , Деспина , Галатея , Ларисса и Протей . Были детально сфотографированы три спутника Нептуна — Протей, Нереида и Тритон , из которых до посещения были известны только два последних. Протей оказался эллипсоидом , настолько большим, насколько гравитация позволяет эллипсоидному телу стать, не округляясь в сферу , и казался почти таким же темным, как сажа по цвету. Было обнаружено, что Тритон имел чрезвычайно активное прошлое с активными гейзерами , полярными шапками и очень тонкой атмосферой, характеризующейся облаками, предположительно состоящими из частиц азотного льда . При температуре всего 38 К (-235,2 ° C) это самое холодное из известных планетарных тел Солнечной системы. Ближайший подход к Тритону, последнему твердому миру, который «Вояджер-2» исследовал поблизости, составлял около 40 000 км (25 000 миль). [4]
Список предыдущих и предстоящих миссий к внешним планетам можно найти в статье « Список миссий к внешним планетам» .
Возможные будущие миссии
[ редактировать ]По состоянию на февраль 2024 г. [update], нет одобренных будущих миссий для посещения системы Нептуна. НАСА , ЕКА и независимые академические группы предложили и разработали концептуальные миссии по посещению Нептуна.
После пролета «Вояджера» следующим шагом НАСА в научном исследовании системы Нептуна считалась миссия флагманского орбитального корабля . [11] Предполагалось, что такая гипотетическая миссия станет возможной в конце 2020-х или начале 2030-х годов. [11] Еще одна концептуальная миссия, предложенная на 2040-е годы, называется «Исследователь Нептуна-Тритона» (NTE). [12] НАСА исследовало несколько других вариантов проектов как для облетных, так и для орбитальных миссий (похожих по конструкции, как миссия Кассини-Гюйгенс к Сатурну). Эти миссии часто называют миссиями «RMA Нептун-Тритон-KBO», которые также включают в себя орбитальные миссии, которые не посещают объекты пояса Койпера (KBO). Из-за бюджетных ограничений, технологических соображений, научных приоритетов и других факторов ни один из них не был одобрен. [13]
Для посещения системы Нептун было разработано несколько концепций миссий, в том числе:
- Межзвездный экспресс — пара зондов CNSA, предназначенных для исследования гелиосферы. Второй пролетит мимо Нептуна в 2038 году на расстоянии 1000 км и сбросит атмосферный зонд на пути к хвосту гелиосферы. [14]
- ОДИНУС — концепция миссии, основанная на миссии двух космических кораблей для исследования систем Нептуна и Урана. Дата запуска — 2034 год. [15] [16]
- Миссия OSS — предлагаемая совместная миссия по облету ЕКА и НАСА. Его основной целью будет составление карты гравитационных полей в глубоком космосе, включая Внешнюю Солнечную систему (до 50 а.е. ). [17]
- Triton Hopper — исследование NIAC миссии на Нептун с целью приземления и перелетов с места на место на спутнике Нептуна Тритоне . [18]
- Трайдент — финалист программы Discovery , совершит одиночный облет Нептуна в 2038 году и внимательно изучит его крупнейший спутник Тритон. [19] В июне 2021 года НАСА отказалось финансировать Trident , выбрав вместо этого DAVINCI и VERITAS в качестве 15-й и 16-й миссий Discovery. [20]
- Neptune Odyssey — концепция миссии орбитального аппарата Нептуна и атмосферного зонда, изучаемая как возможная крупная стратегическая научная миссия (LSSM), которая будет запущена в 2033 году и прибудет к Нептуну в 2049 году. НАСА [21]
- Triton Ocean Worlds Surveyor был бы менее эффективной версией Odyssey Без атмосферного зонда . Запущенный в 2031 году и прибывший в 2047 году, он будет использоваться в рамках более дешевой программы New Frontiers, а не для класса LSSM. [22]
- Арканум — миссия на орбите Нептуна, включающая Сомервилл (названный в честь Мэри Сомервилль ) и спускаемый аппарат «Тритон» Бингхэм (названный в честь Хирама Бингхэма III ), с необычной дополнительной целью Сомервилля , выступающей в качестве космического телескопа в апопосейдеуме . Вторичная цель — доказать технологию, лежащую в основе новейших сверхтяжелых ракет-носителей , в первую очередь SpaceX Starship . [23]
- Арго — отмененная концепция миссии в программе New Frontiers , облетная миссия для посещения Юпитера, Сатурна, Нептуна (с Тритоном) и пояса Койпера с запуском в 2019 году.
- «Новые горизонты 2» — отмененная концепция полета к системе Нептуна и поясу Койпера на основе космического зонда «Новые горизонты» .
- Наутилус — орбитальный аппарат Нептуна, ориентированный на Тритон, базовый для программы «Новые рубежи», запуск которого запланирован на август 2042 года, а вывод на орбиту намечен на апрель 2057 года. [24] [25]
- «Тяньвэнь-5» — долгосрочная концепция, разрабатываемая Национальным космическим управлением Китая (CNSA), которая потенциально может прибыть в 2058 году. [26]
Траектория с наименьшей энергией для запуска с Земли на Нептун использует гравитацию Юпитера , открывая оптимальное окно запуска с 12-летним интервалом, когда Юпитер находится в благоприятном положении относительно Земли и Нептуна. Оптимальное окно запуска для такой миссии Нептуна было открыто с 2014 по 2019 год, а следующая возможность появится в 2031 году. [27] Эти ограничения основаны на необходимости гравитационной помощи Юпитера. Благодаря новой технологии системы космического запуска (SLS), разрабатываемой в компании Boeing , миссии в дальний космос с более тяжелой полезной нагрузкой потенциально могут осуществляться на гораздо более высоких скоростях (200 а.е. за 15 лет), а миссии к внешним планетам могут быть запущены независимо от гравитации. [28] [29]
Научные исследования издалека
[ редактировать ]Космические телескопы, такие как космический телескоп «Хаббл», ознаменовали новую эру детальных наблюдений слабых объектов издалека во всем электромагнитном спектре . Сюда входят слабые объекты Солнечной системы, такие как Нептун. С 1997 года технология адаптивной оптики также позволила проводить подробные научные наблюдения за Нептуном и его атмосферой с помощью наземных телескопов. Эти записи изображений теперь намного превосходят возможности HST, а в некоторых случаях даже изображения «Вояджера», например, изображения Урана. [30] Однако наземные наблюдения всегда ограничены в регистрации электромагнитных волн определенных длин волн из-за неизбежного атмосферного поглощения , особенно волн высокой энергии. [31] [32]
См. также
[ редактировать ]- Исследование Меркурия
- Исследование Венеры
- Исследование Марса
- Исследование Юпитера
- Исследование Сатурна
- Исследование Урана
Примечания
[ редактировать ]- ^ На основе Ирвин, Патрик Дж.Дж.; Добинсон, Джек; Джеймс, Арджуна; Тинби, Николас А; Саймон, Эми А; Флетчер, Ли Н; Роман, Майкл Т; Ортон, Гленн С; Вонг, Майкл Х; Толедо, Дэниел; Перес-Ойос, Сантьяго; Бек, Джули (23 декабря 2023 г.). «Моделирование сезонного цикла цвета и величины Урана и сравнение с Нептуном» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 527 (4): 11521–11538. дои : 10.1093/mnras/stad3761 . hdl : 20.500.11850/657542 . ISSN 0035-8711 .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Китай запустит пару космических кораблей к краю Солнечной системы» . 16 апреля 2021 г.
- ^ де Патер, я; Гиббард, С.; Мартин, С.; Марчис, Ф.; Роу, Генри Г.; Макинтош, Б. (2003). «Наблюдения кольца Нептуна и спутника с помощью адаптивной оптики Кека. Наблюдения кольца и спутниковой системы Нептуна с помощью адаптивной оптики Кека». Тезисы совещаний AAS/Отдела планетарных наук . 35 (2002 год). Бибкод : 2003ДПС....35.2002Д .
- ^ Уливи, Паоло; Харланд, Дэвид М. (2007). Роботизированное исследование Солнечной системы. Часть I: Золотой век 1957–1982 гг . Спрингер. п. 426. ИСБН 9780387493268 .
- ^ Перейти обратно: а б с д «Информационный бюллетень» . Лаборатория реактивного движения . Проверено 3 марта 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б Уливи, Паоло; Харланд, Дэвид М. (2007). Роботизированное исследование Солнечной системы. Часть I: Золотой век 1957–1982 гг . Спрингер. стр. 424–425. ISBN 9780387493268 .
- ^ См. страницу «Нептун» из JPL.
- ^ «Хаббл обнаружил новое темное пятно на Нептуне» . Сайт Хабблсайт.org . НАСА . 19 апреля 1995 года . Проверено 4 марта 2016 г.
- ^ См. «Нептун: подробно» от НАСА.
- ^ Том Стэндедж (2000). Файл Нептуна: история астрономического соперничества и пионеров охоты за планетами. Нью-Йорк: Уокер. п. 188. ISBN 978-0-8027-1363-6 .
- ^ Крис Гебхардт; Джефф Голдадер (20 августа 2011 г.). «Спустя тридцать четыре года после запуска «Вояджер-2» продолжает исследования» . НАСАКосмический полет .
- ^ Перейти обратно: а б Кларк, Стивен (25 августа 2015 г.). «Уран и Нептун в центре внимания НАСА для новой роботизированной миссии» . Космический полет сейчас . Проверено 7 сентября 2015 г.
- ^ «Исследование Солнечной системы» (PDF) . Управление научных миссий (НАСА). Сентябрь 2006 года . Проверено 5 августа 2015 г.
- ^ «Декадный обзор планетарной науки, архитектура быстрых миссий Лаборатории реактивного движения, окончательный отчет исследования Нептун-Тритон-КБО» (PDF) . НАСА. Февраль 2010 года . Проверено 5 августа 2015 г.
- ^ «Китай рассматривает возможность полета в межзвездное пространство по типу «Вояджера»» .
- ^ «Происхождение, динамика и внутренности нептуновых и урановых систем» . Проверено 5 августа 2015 г.
- ^ «Астрономы обосновывают необходимость миссии к Нептуну и Урану» . Блог физики arXiv . arXiv . 17 февраля 2014 года . Проверено 5 августа 2015 г.
- ^ Кристоф; и др. (октябрь 2012 г.). «OSS (Внешняя Солнечная система): миссия по фундаментальной и планетарной физике к Нептуну, Тритону и поясу Койпера». Экспериментальная астрономия . 34 (2): 203–42. arXiv : 1106.0132 . Бибкод : 2012ExA....34..203C . дои : 10.1007/s10686-012-9309-y . S2CID 55295857 .
- ^ Стивен Олесон (7 мая 2015 г.). «Тритон Хоппер: исследование захваченного Нептуном объекта пояса Койпера» . Исследовательский центр НАСА имени Гленна . Проверено 11 февраля 2017 г. .
- ^ «Спутник Нептуна Тритон является пунктом назначения предлагаемой миссии НАСА» . Нью-Йорк Таймс . 19 марта 2019 г. Проверено 27 марта 2019 г.
- ^ Поттер, Шон (2 июня 2021 г.). «НАСА выбирает 2 миссии для изучения «затерянного обитаемого» мира Венеры» (пресс-релиз). НАСА . Проверено 2 июня 2021 г.
- ^ Эбигейл Раймер; Бренда Клайд; Кирби Раньон (август 2020 г.). «Нептун Одиссея: Миссия к системе Нептун-Тритон» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 декабря 2020 года . Проверено 18 апреля 2021 г.
- ^ Хансен-Кохарчек, Кэндис; Фильхауэр, Карл (7 июня 2021 г.). «Концептуальное исследование Triton Ocean Worlds Surveyor» (PDF) . НАСА .
- ^ Маккевитт, Джеймс; Булла, Софи; Диксон, Том; Крискола, Франко; Паркинсон-Свифт, Джонатан; Борнберг, Кристина; Сингх, Джасприт; Патель, Курен; Лаад, ариец; Фордер, Итан; Айн-Уолш, Луи; Бигадхур, Шейн; Ведде, Пол; Паппула, Бхарат Симха Редди; Макдугалл, Томас; Фогис, Мадалин; Кент, Джек; Морган, Джеймс; Радж, Уткарш; Хайнрайхсбергер, Карина (18 июня 2021 г.). «Многофункциональная обсерватория и научная платформа L-класса для Нептуна». Материалы Глобальной конференции по исследованию космоса 2021 года . arXiv : 2106.09409 .
- ^ Стеккель, Аманда; Конрад, Джек Уильям; Декарске, Джейсон; Долан, Сидней; Дауни, Бринна Грейс; Фелтон, Райан; Хэнсон, Лаванда Элль; Гише, Алена; Хорват, Тайлер; Максвелл, Рэйчел; Шамуэй, Эндрю О; Сиддик, Анамика; Стром, Калеб; Тис, Бронвин; Тодд, Джессика; Трин, Кевин Т; Велес, Майкл А; Уолтер, Каллум Эндрю; Лоус, Лесли Л; Хадсон, Трой; Скалли, Дженнифер ЕС (12 декабря 2023 г.). «Научное обоснование использования Наутилуса: концепция многопролетной миссии к Тритону» . АГУ . Проверено 11 января 2024 г.
- ^ «Летняя школа планетологии · Джейсон Декарске» . Джейсон Декарске . 19 декабря 2023 г. . Проверено 25 января 2024 г.
- ^ «Планы Китая по исследованию внешней части Солнечной системы» . Планетарное общество . 21 декабря 2023 г. Проверено 18 апреля 2024 г.
- ^ Кэндис Хансен; и др. «Арго — путешествие по внешней Солнечной системе» (PDF) . SpacePolicyOnline.com . Группа космической и технологической политики, ООО. Архивировано из оригинала (PDF) 24 сентября 2015 года . Проверено 5 августа 2015 г.
- ^ «Миссия космического запуска» (PDF) . Компания Боинг. 2013. Архивировано из оригинала (PDF) 23 сентября 2015 года . Проверено 6 августа 2015 г.
- ^ Уильям Харвуд (3 июля 2014 г.). «НАСА завершает контракт с Boeing на 2,8 миллиарда долларов на ступень ракеты SLS» . Новости CBS . Проверено 6 августа 2015 г.
- ^ Оддбьорн Энгволд (2007). Отчеты по астрономии 2003–2005 гг. (IAU XXVIA): IAU Transactions XXVIA . Издательство Кембриджского университета. п. 147. ИСБН 978-0-521-85604-1 .
- ^ Немиров Р.; Боннелл, Дж., ред. (18 февраля 2000 г.). «Нептун через адаптивную оптику» . Астрономическая картина дня . НАСА .
- ^ Первые наземные наблюдения Нептуна и Протея с помощью адаптивной оптики. Планетарные и космические науки, том. 45, № 8, стр. 1031–1036, 1997 г.
Источники
[ редактировать ]- «Нептун Вояджер-2» – Межзвездная миссия, Лаборатория реактивного движения, Калифорнийский технологический институт
- Нептун: Планеты на глубине , НАСА
Внешние ссылки
[ редактировать ]- 25 лет спустя Нептуна: размышления о «Вояджере» Веб-сайт НАСА «Вояджер»
- Изображения Нептуна и всех доступных спутников. Фотожурнал, JPL.