Причуды и скрытые особенности Урана вдохновляют астрономов на прямую миссию

В нашей Солнечной системе есть одна планетарная семья, с которой мы еще не познакомились как следует: ледяные гиганты Уран и Нептун. Благодаря пролетам миссии "Вояджер" мы поздоровались с ними и знаем их лица, но никогда не заходили к ним в гости. Теперь ученые-планетологи решили осуществить давно назревшие планы: зайти к ним и позвонить в дверь для экскурсии по дому.

Десятилетний обзор планетарных наук 2022 года, влиятельный документ для планирования будущих миссий, проводимый Национальной академией наук, инженерии и медицины, рекомендовал НАСА сделать приоритетной отправку орбитального аппарата и зонда к Урану в ближайшие десятилетия. Прошлые постановления этого процесса положили начало некоторым из наиболее интересных проектов 2020-х годов, включая возвращение образцов с Марса и предстоящую миссию Europa Clipper.

В нашей Солнечной системе восемь планет и бесчисленное множество мелких камней, которые необходимо исследовать, как могут планировщики остановиться на одном пункте назначения - особенно когда это решение влечет за собой миллионы или миллиарды долларов и влияет на сотни карьер? В недавнем комментарии для журнала Science ученый-планетолог из Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса Кэтлин Мандт объясняет, почему Уран является правильным выбором - и другие исследователи, похоже, согласны с этим.

"Мы отправили миссии на все остальные планеты, к кометам, астероидам и транснептуновым объектам. Мы отправили миссии за пределы Солнечной системы и на поверхность Солнца. Уран и Нептун - загадки Солнечной системы, - говорит Уилл Сондерс, астроном из Бостонского университета, изучающий атмосферу Урана.

Последний раз человечество близко видело Уран и его ледяной гигант Нептун еще в 1980-х годах с помощью зондов "Вояджер". Хотя Нептун был бы почти столь же интересен с научной точки зрения - его захваченная луна Тритон, объект пояса Койпера, представляет особое любопытство из-за своих ледяных вулканов и многого другого - дополнительный миллиард миль до этой планеты стал решающим фактором.

"Главная причина, по которой мы выбрали Уран первым, заключается в том, что до него легче добраться", - говорит Мандт в интервью Popular Science. "И мы уже более трех десятилетий ждем миссии к этим планетам. Полет к Урану первым означает меньший риск и миссию, которая сможет прибыть на планету раньше".

Для планетарной миссии "скоро" означает в ближайшие несколько десятилетий - путешествие к Урану займет от 10 до 15 лет, а инженерам еще нужно спроектировать и построить космический корабль. В настоящее время планируется запустить аппарат к 2032 году, а достичь Урана к середине 2040-х годов. Миссия будет состоять из двух частей: орбитального аппарата, который будет кружить вокруг планеты не менее пяти лет, и зонда для погружения в облака и сбора информации об атмосфере Урана.

Некоторые ключевые измерения, которые астрономы имеют для Юпитера и Сатурна, все еще отсутствуют для Урана, например, количество благородных газов и соотношение различных типов азота. Зонд измерит эти химические маркеры, поскольку они являются отпечатками того, как и когда сформировалась планета. "Образование четырех планет-гигантов и то, как они переместились на новые места, оказало большое влияние на всю Солнечную систему", - говорит Мандт. Эта планетарная перестройка "может быть связана с тем, как мы получили воду на Земле", добавляет она, и это движение привело многие объекты в поясе Койпера и облаке Оорта к их нынешнему положению.

Кроме того, Уран - единственная планета, полностью опрокинутая на бок: он наклонен на 98 градусов, что дико по сравнению с земным углом в 23 градуса. Это вызывает некоторые причуды в его атмосфере. Ученые-планетологи озадачены возникающими на Уране облаками и ветром, которые они надеются устранить в ходе этой миссии.

Уран также имеет 27 лун, некоторые из которых могут иметь океаны под своей толстой ледяной поверхностью. Подповерхностные океаны, конечно же, являются одной из любимых целей астробиологов в поисках внеземной жизни, и спутники Урана не являются исключением. Одним из главных сюрпризов "Вояджера" стало то, что пять крупнейших лун Урана - Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон - не являются "холодными мертвыми мирами", как описывает Мандт в статье, а наоборот, геологически активны.

"Проще говоря, я хочу получить еще одну фотографию Миранды перед смертью", - говорит Адин Дентон, ученый-планетолог из Лунной и планетарной лаборатории Аризонского университета. "Миранда, на мой взгляд, одно из самых крутых и необычных мест в Солнечной системе, покрытое геологическими рельефами, которых мы больше нигде не видели".

Уроки Урана не ограничиваются нашей Солнечной системой. За последние несколько десятилетий астрономы, изучающие экзопланеты, пришли к выводу, что миры размером с Уран могут быть самым распространенным типом планет. Близкое изучение нашего местного примера будет бесценным для астрономов, пытающихся понять далекие экзопланеты - особенно полезным будет определение свойств ядра Урана и его внутренней структуры, например, состоит ли он из камня или льда.

"Мы не видели Уран вблизи с тех пор, как я родилась. Это было до того, как мы узнали о существовании экзопланет", - говорит астроном Бристольского университета Ханна Уэйкфорд. "Эта миссия к Урану изменит наше представление о нашей Солнечной системе и планетах нашей галактики".

Предстоящая миссия орбитального аппарата и зонда к Урану может стать революционным событием в науке и довести наше понимание ледяных гигантов до совершенства - сделать то, что сделал "Кассини" для Сатурна и "Юнона" для Юпитера. "Орбитальный аппарат - это то, что нам действительно нужно для глубокой науки, которая характеризует всю систему Урана", - говорит Дентон. "Нам предстоит увидеть и сделать так много, и участие в проекте орбитального аппарата действительно того стоит".

Кроме того, он вернет невероятные изображения краев нашей Солнечной системы, которые, несомненно, вызовут восторг и вдохновение у будущих ученых и любителей космоса. Когда НАСА приходит в гости, оно всегда собирает фотоаппараты, и эта встреча - не исключение.