Исследование Урана
На сегодняшний день исследование Урана осуществлялось с помощью телескопов и одиночного зонда НАСА космического корабля «Вояджер-2» , который максимально приблизился к Урану 24 января 1986 года. «Вояджер-2» обнаружил 10 спутников планеты , изучил холодную атмосферу и исследовал свою кольцевую систему и обнаружил два новых кольца. Он также сделал снимки пяти больших спутников Урана, показав, что их поверхности покрыты ударными кратерами и каньонами .
Был предложен ряд специальных исследовательских миссий на Уран. [1] [2] но по состоянию на 2023 год [update] ни один не был одобрен. [3] [4]
Вояджер 2
[ редактировать ]«Вояджер-2» максимально приблизился к Урану 24 января 1986 года, пройдя на расстояние 81 500 км (50 600 миль) от вершин облаков планеты. Это был первый одиночный облет планеты с тех пор, как «Вояджер-1» завершил свое путешествие по внешним планетам на Сатурна спутнике Титане .
Уран — третья по величине и четвертая по массе планета Солнечной системы . Он вращается вокруг Солнца на расстоянии около 2,8 миллиарда километров (1,7 миллиарда миль) и совершает один оборот каждые 84 года. Продолжительность дня на Уране по измерениям «Вояджера-2» составляет 17 часов 14 минут. Уран отличается тем, что он опрокинут набок. Считается, что его необычное положение является результатом столкновения с телом размером с планету в начале истории Солнечной системы . Учитывая его странную ориентацию, полярные регионы которого подвергаются воздействию солнечного света или темноты в течение длительного времени, а также то, что «Вояджер-2» должен был прибыть примерно во время солнцестояния Урана , ученые не были уверены, чего ожидать от Урана.
О наличии магнитного поля у Урана не было известно до прибытия «Вояджера-2 » . Интенсивность поля примерно сравнима с земной, хотя она гораздо сильнее варьируется 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 велико, чтобы вода стала электропроводной. «Вояджер-2» обнаружил, что одним из наиболее ярких влияний бокового положения планеты является его влияние на хвост магнитного поля планеты , который сам наклонен на 60 градусов от оси вращения . скручивается Было показано, что хвост магнитосферы в результате вращения планеты в длинный штопор позади планеты.
Было обнаружено, что радиационные пояса Урана имеют интенсивность, аналогичную поясам Сатурна. Интенсивность радиации внутри поясов такова, что облучение быстро (в течение 100 000 лет) затемнит любой метан , захваченный ледяными поверхностями внутренних лун и колец частицами . Это, возможно, способствовало затемнению поверхностей спутников и кольцевых частиц, которые почти равномерно имеют серый цвет.
был обнаружен высокий слой дымки Вокруг освещенного солнцем полюса , который также излучал большое количество ультрафиолетового света — явление, получившее название «электросвечение». Средняя температура атмосферы планеты составляет около 59 К (-214,2 °С). Удивительно, но освещенные и темные полюса, а также большая часть планеты имеют почти одинаковую температуру в верхней части облаков.
«Вояджер-2» обнаружил 10 новых лун, в результате чего общее число на тот момент достигло 15. Большинство новых лун небольшие, диаметр самого большого из них составляет около 150 км (93 мили).
Луна Миранда , самая внутренняя из пяти больших лун, оказалась одним из самых странных тел, которые когда-либо наблюдались в Солнечной системе. Детальные изображения, полученные во Вояджером-2", показали время пролета Луны " огромные овальные структуры, называемые коронами, окруженные разломами глубиной до 20 км (12 миль), террасными слоями и смесью старых и молодых поверхностей. Одна из теорий утверждает, что Миранда может быть объединением материала из более раннего времени, когда Луна была расколота в результате сильного удара.
Пять больших спутников выглядят как конгломераты льда и камня, подобные спутникам Сатурна . Титания отмечена огромными системами разломов и каньонами, что указывает на некоторую степень геологической , вероятно, тектонической активности в ее истории. Ариэль имеет самую яркую и, возможно, самую молодую поверхность среди всех спутников Урана, а также, по-видимому, подвергся геологической активности, которая привела к образованию множества долин разломов и, по-видимому, обширных потоков ледяного материала. наблюдалась небольшая геологическая активность На Умбриэле и Обероне , судя по их старым и темным поверхностям.
Все девять ранее известных колец были изучены космическим кораблем и показали, что кольца Урана заметно отличаются от колец Юпитера и Сатурна. Кольцевая система может быть относительно молодой и образовалась не в то же время, что и Уран. Частицы, составляющие кольца, могут быть остатками луны, разрушенной высокоскоростным ударом или разорванной гравитационным воздействием . «Вояджер-2» также обнаружил два новых кольца.
В марте 2020 года, после переоценки старых данных, записанных «Вояджером-2», астрономы НАСА сообщили об обнаружении большого магнитного пузыря, известного как плазмоид , который может вытекать атмосферу Урана в космос. [5] [6]
Предлагаемые миссии
[ редактировать ]| Концепции миссии к Урану | Агентство/страна | Тип |
|---|---|---|
| ХОР | НАСА | орбитальный аппарат |
| МУЗА | ЧТО | орбитальный аппарат и атмосферный зонд |
| Океан | НАСА/Лаборатория реактивного движения | орбитальный аппарат |
| ОДИН | ЧТО | орбитальные аппараты-близнецы вокруг Урана и Нептуна |
| КВЕСТ | НАСА/Лаборатория реактивного движения | орбитальный аппарат |
| Орбитальный аппарат и зонд Урана | НАСА | орбитальный аппарат и атмосферный зонд |
| УМаМИ | НАСА | орбитальный аппарат |
| Уран Следопыт | Великобритания | орбитальный аппарат |
| Тяньвэнь-4 | CNSA | пролет |
| ПЕРСЕЙ | НАСА | орбитальный аппарат |
Было предложено несколько миссий на Уран. Ученые из Лаборатории космических исследований Малларда в Соединенном Королевстве предложили совместную миссию NASA и ESA Uranus Pathfinder к Урану. Призыв к запуску миссии среднего класса (М-класса) на планету в 2022 году был подан в ЕКА в декабре 2010 года за подписями 120 ученых со всего мира. ЕКА ограничивает стоимость миссий класса М в 470 миллионов евро . [7] [3] [8]
В 2009 году группа планетологов из Лаборатории реактивного движения НАСА предложила возможные проекты орбитального корабля Урана на солнечной энергии. Наиболее благоприятным окном для запуска такого зонда был бы август 2018 года с прибытием на Уран в сентябре 2030 года. Научный пакет должен был бы включать магнитометры, детекторы частиц и, возможно, камеру формирования изображений. [9]
В 2010 году ученые Лаборатории прикладной физики предложили запустить зонд «Гершель» для орбитальной разведки системы Урана, на который сильно повлиял зонд «Новые горизонты» , и его запуск запланирован на апрель 2021 года. [10] [11]
В 2011 году Национальный исследовательский совет США рекомендовал орбитальный аппарат и зонд Урана в качестве третьего приоритета для флагманской миссии НАСА НАСА в рамках Десятилетнего исследования планетарных наук .Однако эта миссия считалась менее приоритетной, чем будущие миссии на Марс и в систему Юпитера , которые позже станут Mars 2020 и Europa Clipper . [4] [12] [13]
Миссия к Урану является одним из нескольких рассматриваемых вариантов использования беспилотного варианта тяжелой системы космического запуска НАСА (SLS), которая в настоящее время находится в стадии разработки. Сообщается, что SLS сможет доставить к Урану до 1,7 тонны груза. [14]
В 2013 году было предложено использовать электрический парус (E-Sail) для отправки зонда входа в атмосферу к Урану. [15]
В 2015 году НАСА объявило, что начало технико-экономическое обоснование возможности орбитальных миссий к Урану и Нептуну с бюджетом в 2 миллиарда долларов в долларах 2015 года. По словам директора НАСА по планетарным наукам Джима Грина, который инициировал исследование, такие миссии начнутся не раньше конца 2020-х годов и будут зависеть от их одобрения планетарным научным сообществом, а также от способности НАСА обеспечить источники ядерной энергии для космический корабль. [16] В настоящее время разрабатываются концептуальные проекты такой миссии. [ когда? ] анализируется. [17]
MUSE , задуманная в 2012 году и предложенная в 2015 году, представляет собой европейскую концепцию специальной миссии на планету Уран для изучения ее атмосферы , недр, спутников , колец и магнитосферы . [18] Его предполагается запустить с помощью ракеты Ariane 5 в 2026 году, прибыть к Урану в 2044 году и проработать до 2050 года. [18]
В 2016 году была задумана еще одна концепция миссии под названием «Происхождение и состав экзопланетной аналоговой системы Урана» (OCEANUS), и в 2017 году она была представлена как потенциальный участник будущей миссии программы «Новые рубежи» . [19] Примерно в то же время студенты Университета Пердью выпустили свою флагманскую версию OCEANUS; в нем было более чем в два раза больше инструментов, более компактная конструкция с более крупной антенной с высоким коэффициентом усиления, а также два атмосферных зонда для Сатурна и Урана, а не единственный урановый зонд предыдущей концепции. [20]
Еще одна концепция миссии класса New Frontiers была представлена в 2020 году. Она называется QUEST (Quest to Uranus to Research Theory Solar System) и, как утверждают ее авторы, более реалистична, чем предыдущие подобные предложения. Он предполагает запуск в 2032 году с помощью гравитации Юпитера в 2036 году и прибытие к Урану в 2045 году. Затем космический корабль выйдет на эллиптическую полярную орбиту вокруг планеты с перицентром около 1,1 радиуса Урана. Сухая масса космического корабля составляет 1210 кг, он оснащен четырьмя научными приборами: магнитометром , микроволновым радиометром , широкоугольной камерой и плазменных волн . детектором [21]
В октябре 2021 года группа, состоящая в основном из сотрудников Лаборатории реактивного движения и Исследовательского центра Эймса, предложила провести еще одну миссию класса «Новые рубежи», желательно в конце 2040-х годов, под названием «Исследователь магнитосферы и лун Урана». [22]
В 2022 году миссия орбитального корабля и зонда Урана (последняя конструкция которого была выпущена в июне 2021 года) была признана высшим приоритетом флагманской миссии НАСА в рамках Десятилетнего исследования планетарных наук 2023–2032 годов , опередив Энцелад Орбиландер и продолжающиеся исследования. Программа возвращения образцов с Марса из-за отсутствия знаний о ледяных гигантах . [23]
В ответ в июле 2023 года группа ученых из Университета Джона Хопкинса предложила орбитальный аппарат Урана под названием «Плазменная среда, излучение, структура и эволюция системы Урана» (PERSEUS), уделяя особое внимание плазменной, магнитной и гелиофизической среде Урана. . Запуск намечен на февраль 2031 года, а прибытие намечено на середину 2043 года, сухая масса оценивается в 913,1 кг. [24]
Будущие окна запуска доступны между 2030 и 2034 годами. [25]
Китай планирует отправить свою первую исследовательскую миссию на Уран в 2045 году в рамках проекта «Тяньвэнь-4» . [26] [27] [28]
См. также
[ редактировать ]- Исследование Меркурия
- Исследование Венеры
- Исследование Марса
- Исследование Юпитера
- Исследование Сатурна
- Исследование Нептуна
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Возвращение к ледяным гигантам: исследование НАСА рассматривает миссии на Уран и Нептун» . Планетарное общество . 21 июня 2017 года . Проверено 24 июня 2017 г.
- ^ «Окончательный отчет исследования миссии ледяного гиганта» . НАСА/Институт Луны и Планет . Июнь 2017 года . Проверено 25 июня 2017 г.
- ^ Jump up to: а б Сазерленд, Пол (7 января 2011 г.). «Ученые планируют зондирование Урана» . Христианский научный монитор . Проверено 16 января 2011 г.
- ^ Jump up to: а б Дебора Забаренко (7 марта 2011 г.). «Рекомендуются бережливые миссии США на Марс и спутник Юпитера» . Рейтер . Проверено 13 марта 2011 г.
- ^ Хэтфилд, Майк (25 марта 2020 г.). «Пересматривая данные десятилетней давности «Вояджера-2», ученые находят еще одну тайну. Спустя восемь с половиной лет своего грандиозного путешествия по Солнечной системе космический корабль НАСА «Вояджер-2» был готов к новой встрече. Это было 24 января 1986 года, и вскоре он встретится с загадочной седьмой планетой, ледяным Ураном» . НАСА . Проверено 27 марта 2020 г.
- ^ Эндрюс, Робин Джордж (27 марта 2020 г.). «Уран выбросил гигантский плазменный пузырь во время визита «Вояджера-2». Планета теряет свою атмосферу в пустоту, сигнал, который был записан, но упущен из виду в 1986 году, когда мимо пролетал автоматический космический корабль» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 27 марта 2020 г.
- ^ Арридж, Крис (2010). «Следопыт Урана» . Проверено 10 января 2011 г.
- ^ Официальный сайт ЕКА: «Призыв к запуску миссии среднего размера в 2022 году» . 16 января 2011 г. Проверено 16 января 2011 г.
- ^ Хофштадтер, Марк (2009). «Аргументы в пользу орбитального корабля Урана и его влияние на спутниковую науку» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 16 мая 2018 года . Проверено 26 мая 2012 г. См. также проект .
- ^ Смит, Р.М.; Йозвяк, AW; Ледерер, АП; Черепаха, EP (2010). «Гершельская орбитальная разведка системы Урана» . 41-я ежегодная конференция по науке о Луне и планетах (1533 г.): 2471. Бибкод : 2010LPI....41.2471S . Проверено 16 апреля 2024 г.
- ^ Эванс, Бен (30 сентября 2012 г.). «Беспроигрышная сделка: «Скучный» Уран становится «интересным» » . AmericaSpace — Для исследователей космоса . Проверено 16 апреля 2024 г.
- ^ «Видение и путешествия планетарной науки на десятилетие 2013–2022 гг.» (PDF) (пресс-релиз). Национальные академии . 2011 . Проверено 7 марта 2011 г.
- ^ Марк Хофштадтер, «Наука о ледяных гигантах: аргументы в пользу орбитального корабля Урана» , Лаборатория реактивного движения / Калифорнийский технологический институт, Отчет для группы по десятилетнему исследованию планет-гигантов, 24 августа 2009 г.
- ^ Гебхардт, Крис (20 ноября 2013 г.). «Новые варианты миссии SLS изучаются с помощью новой большой верхней ступени» . NASAspaceflight.com.
- ^ 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 .
- ^ Леоне, Дэн (25 августа 2015 г.). «НАСА будет изучать Уран и орбитальные аппараты Нептуна» . Космические новости.
- ^ Стивен Кларк «Уран и Нептун в поле зрения НАСА для новой роботизированной миссии» , Spaceflight Now, 25 августа 2015 г.
- ^ Jump up to: а б Боканегра-Бахамон, Татьяна (2015). «Миссия MUSE в системе Урана: раскрытие эволюции и формирования ледяных гигантов» (PDF) . Достижения в космических исследованиях . 55 (9): 2190–2216. Бибкод : 2015AdSpR..55.2190B . дои : 10.1016/j.asr.2015.01.037 .
- ^ Новые миссии класса Frontiers к ледяным гигантам . К.М. Элдер, А.М. Брэмсон, Л.В. Блюм, Х.Т. Чилтон, А. Чопра, К. Чу6, А. Дас, А. Дэвис, А. Дельгадо, Дж. Фултон, Л. Джозвиак, А. Хаят, М. Е. Лэндис, Дж. Л. Моларо, М. Слипски, С. Валенсия11, Дж. Уоткинс, К. Л. Янг, К. Дж. Бадни, К. Л. Митчелл. Семинар Planetary Science Vision 2050 2017 (Вклад LPI, № 1989).
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Леонард, Эрин Дж.; Старшая Екатерина; Нордхейм, Том А.; Картрайт, Ричард; Паттофф, Д. Алекс; Беддингфилд, Хлоя; Кокрейн, Кори; Брукс, Шон; Тискарено, Мэтью; Странно, Натан; Балинт, Тибор (1 октября 2021 г.). «UMaMI: новая концепция миссии в стиле Frontiers по исследованию системы Урана» . Планетарный научный журнал . 2 (5): 174. Бибкод : 2021PSJ.....2..174L . дои : 10.3847/PSJ/ac0e3b . ISSN 2632-3338 .
- ^ «Декадный обзор планетарной науки и астробиологии, 2023–2032 гг.» . Национальные академии . Проверено 17 мая 2022 г.
- ^ 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; Водосек, Кимберли С. (2023). «Плазменная среда, излучение, структура и эволюция системы Урана (ПЕРСЕЙ): концепция специальной миссии орбитального аппарата для изучения космической физики на Уране» . Обзоры космической науки . 219 (8): 64. Бибкод : 2023ССРв..219...65С . дои : 10.1007/s11214-023-01013-6 . ISSN 0038-6308 . ПМЦ 10587260 . ПМИД 37869526 .
- ^ Дэвис, Джейсон (21 июня 2017 г.). «Возвращение к ледяным гигантам: исследование НАСА рассматривает миссии на Уран и Нептун» . Планетарное общество . Проверено 31 июля 2020 г.
- ^ Джонс, Эндрю (22 сентября 2022 г.). «Китай хочет исследовать Уран и Юпитер с помощью двух космических аппаратов на одной ракете» . space.com . Проверено 5 февраля 2023 г.
- ^ «Китайская миссия на Марс «проходит гладко», говорит главный конструктор – Китай» . Chinadaily.com.cn . Проверено 26 мая 2022 г.
- ^ Эндрю Джонс (21 декабря 2023 г.). «Планы Китая по исследованию внешней части Солнечной системы» . Планетарное общество . Проверено 27 декабря 2023 г.
Библиография
[ редактировать ]- «Результаты науки об Уране» . Научные результаты "Вояджера" на Уране . НАСА . Проверено 27 февраля 2013 г.
- Стоун, ЕС; Майнер, ЭД (1986). «Встреча «Вояджера-2» с системой Урана». Наука . 233 (4759): 39–43. Бибкод : 1986Sci...233...39S . дои : 10.1126/science.233.4759.39 . ПМИД 17812888 . S2CID 32861151 .
- Рик, Гор (1986). «Уран Вояджер посещает темную планету». Нэшнл Географик . 170 (2): 178–195. Бибкод : 1986НаГе..170..178Г .
