O niečo viac ako rok začne nové desaťročie a spolu s tým sa otvorí úplne nový prúd nápadov pre misie NASA, niektoré bližšie - napríklad Mars, niektoré ďalej. Niektorí sú veľmi vzdialení. Niektorí ľudia očakávajú, že sa pre nás otvorí éra robotických ciest do svetov, ktoré nie sú len milióny - miliardy kilometrov. Patria sem Urán a Neptún (planéty, ktoré sme navštívili v roku 1986, respektíve 1989), ako aj stovky ľadových telies mimo regiónu známeho ako Kuiperov pás.
Kuiperský pás je domovom Pluta a tisícov ďalších svetov rôznych veľkostí. Väčšina telies sú tvorené stavebnými kameňmi našej slnečnej sústavy, ktoré boli dávno sprevádzané do vzdialených ľadových oblastí. Návšteva Kuiperovho pásu nám môže poskytnúť vodítka k otázkam o tom, ako sa utvorila naša planéta a jej susedia, prečo je toľko vody a iných záhad.
Na hraniciach slnečnej sústavy
Urán a Neptún tiež vlastnia veľa záhad. Čím viac sa dozvieme o planetárnych systémoch, tým častejšie vidíme, že väčšina svetov nie je tak veľká ako Jupiter a nie tak malá ako Zem. Veľa z nich má podobnú veľkosť ako Urán a Neptún, „ľadoví obri“, ktorí sú pomenovaní podľa exotického stavu vodného ľadu, ktorý leží hlboko pod zamračenými vrstvami. Štúdium Uránu a Neptúna nám pomôže nielen pochopiť planéty v našej slnečnej sústave, ale pomôže nám pochopiť aj planéty, ktoré sa točia okolo iných hviezd.
Mnohé z týchto misií sú časovo závislé. Nadchádzajúci prieskum Decadal - „desaťročný prehľad“agentúry NASA o tom, kedy agentúra v rokoch 2020 a 2030 vysiela kozmickú loď, by mohol vytvoriť alebo narušiť tieto ďalekosiahle plány na preskúmanie vonkajšej slnečnej sústavy.
Decadal Survey: Ako bude postupovať Decadal Survey
Propagačné video:
Od roku 2020 sa stretne skupina z Národnej akadémie vied (za účasti niekoľkých zainteresovaných strán z vesmírnej komunity) a zostaví zoznam prioritných výskumných cieľov. Vedci ponúknu svoje možnosti vo forme písomných odporúčaní známych ako „biele knihy“(čítaj: biela kniha).
Z týchto odporúčaní vyplynie všeobecný konsenzus o tom, aké by priority mali byť. Tieto ciele slúžia ako referenčné hodnoty pre misie strednej triedy v kategórii Nové hranice (v tejto kategórii boli New Horizons a Juno). NASA najprv zostaví zoznam navrhovaných misií a potom ich postupne zužuje na jedného alebo dvoch finalistov. Akonáhle finalista dostane zelené svetlo, tím za nimi môže začať plánovať a navrhovať - a to trvá roky.
To všetko môže sťažiť vstup do konkrétneho okna, cez ktoré bude možné preskúmať Urán alebo Neptún, ako aj pozrieť sa na objekt z Kuiperovho pásu. Preto sú presné grafy riskantné.
Návšteva obrieho ľadu
Jedna zo skupín zvážila najmä možnosť misie navštíviť Urán a Neptún v rovnakom čase. Posledná iterácia zahŕňa prelet Uránu a orbitál Neptúna. Vedci Mark Hofstadter a Amy Simon vedci plánujú vidieť inú stranu Uránu ako Voyager 2 pozorovanú v roku 1986 a študovať Neptún a jeho najväčší mesiac Triton. Triton sa otáča dozadu, čo môže byť spôsobené skutočnosťou, že to bol kedysi najväčší objekt v Kuiperovom pásme - predtým, ako Neptún vytiahol Tritona smerom k sebe, vysunul mnoho svojich pôvodných satelitov.
Simon tvrdí, že tieto misie by sa mali nasadiť počas 15 rokov vrátane času na cestu a výskum. Je to kvôli tomu, ako dlho môžu jednotlivé časti vozidla prežiť v priestore s relatívnou istotou. Zatiaľ čo kozmická loď môže žiť dlhšie, je to 15 rokov, počas ktorých si môžete byť istí, že misia naplní svoje vedecké úlohy v čo najväčšej miere. Jedným zo spôsobov zrýchlenia kozmickej lode je použitie gravitačnej sily planéty na zrýchlenie.
"Zvyčajne sa sem dostanú za menej ako 12 rokov, väčšinou lietajú okolo planét, zvyčajne vrátane Zeme a Venuše," hovorí Simon. V takýchto scenároch sa vrhnete do gravitácie planéty dobre, dúfajúc v prakový efekt, ktorý urýchli vaše plavidlo a ušetrí čo najviac paliva. Jupiter je tiež používaný tým najlepším z možností, pretože je najmasívnejší a môže veľmi urýchliť kozmickú loď.
Napríklad New Horizons použil Jupiterovu pomoc na dosiahnutie Pluta. Cassini použil štyri samostatné prelety na zrýchlenie so Saturnom po vypustení zo Zeme, dvojnásobné zrýchlenie z Venuše, návrat na Zem a konečný skok z Jupitera.
Simon hovorí, že na to, aby sa k Uranu dostali v prísnom časovom pláne, bolo možné použiť prelet Saturn - napríklad v okne medzi rokmi 2024 a 2028, na zachytenie plynového gigantu na správnom mieste na jeho 29-ročnej obežnej dráhe. Takáto misia si bude vyžadovať rýchle premýšľanie podľa štandardov NASA - misie sa zvyčajne plánujú desať rokov pred spustením, potom sa naplánujú, navrhnú a spustia do piatich rokov - takže sa musíte spoľahnúť na ďalšie okno, prelet Jupitera medzi rokmi 2029 a 2032, po ktorom bude nasledovať ukončenie do Neptúna. Ďalšia šanca sa objaví najskôr o desať rokov.
Misia do Uránu môže pomocou tradičných pohonných látok a motorov dosiahnuť rýchlejšiu cestu k bodom zrýchlenia - či už ide o raketu Atlas V alebo ťažkú raketu Delta IV. Ale pretože Neptún je tak ďaleko a presná trajektória nie je tak dokonalá, ako by sme chceli, misia na túto planétu sa bude opierať o vesmírny raketový systém, rakety novej generácie NASA so zvýšeným užitočným zaťažením (a ešte nelietala). Ak nie je pripravený včas, budeme sa musieť spoliehať na ďalšiu technológiu novej generácie: solárny elektrický pohon, ktorý využíva slnečnú energiu na zapálenie ionizovaného plynu na urýchlenie vozidla. Doteraz sa používal iba v kozmickej lodi Dawn pri misiách na západ a Ceres a pri dvoch misiách na malé asteroidy.
„Dokonca aj v prípade solárnej elektriny sú chemické motory stále potrebné v prípade, že sa solárna energia stane neúčinnou a pri brzdení na obežnej dráhe,“hovorí Simon.
Harmonogram je teda dosť obmedzený. Ak sa však budeme pohybovať aktívnejšie, obe tieto misie môžu slúžiť na iný účel: dostať sa do nepreskúmaných svetov Kuiperovho pásu.
Veľký neznámy
Ďalší príspevok, ktorý napísali traja členovia tímu New Horizons, skúma možnosť návratu k pásmu Kuiper po úspešnej sondovej prechádzke do Pluta. „Videli sme, aké to bolo zaujímavé a chceli sme vedieť, čo tam ešte je,“hovorí Tiffany Finley, hlavná inžinierka v Juhozápadnom výskumnom ústave (SWRI) a spoluautorka článku publikovaného v časopise Journal of Spacecraft and Rockets.
Kuiperov pás obsahuje zvyšky ľadu z tvorby slnečnej sústavy a objekty v ňom obsahujú veľké množstvo rôznych materiálov. Napríklad Pluto je o niečo väčší ako Eris. Ale Pluto je vyrobené z ľadu, takže má menšiu hmotnosť. Eris je zväčša tvorený horninami, takže je hustejší. Zdá sa, že niektoré svety sú zložené z metánu, zatiaľ čo iné obsahujú veľa amoniaku. Niekde na záhrade našej slnečnej sústavy je veľa trpasličích planét a malých svetov, ktoré držia kľúčové body pre naše pochopenie toho, ako vznikajú planéty - a či môžu byť iné planétové systémy ako naše.
Vedci použili úzke obmedzenia: obmedzili misiu na 25 rokov a pozreli sa na 45 najjasnejších objektov Kuiperovho pásu a porovnali ich s ohľadom na rôzne scenáre preletu planéty. Jupiter prekvapivo objavil väčšinu cieľov na zozname. Okno Jupitera sa však otvára raz za 12 rokov, takže jeho misie sú časovo závislé. Jednoduchý prelet Saturn poskytuje celkom dobrý zoznam cieľov pásov Kuiper.
Ale keď tieto svety spárujete s Uránom alebo Neptúnom, máte šancu objaviť nové fakty o našich tajomných najvzdialenejších planétach a dokonca aj niektorých trpasličích planétach na jednom spadnutom páse.
Efekt praku pomôže dosiahnuť tieto svety, najskôr od Jupitera a potom z inej planéty. Každá z týchto planét sa vyrovnáva s Jupiterom v úzkom okne v 30. rokoch 20. storočia a elegantne sa zmestí do rôznych častí tohto desaťročia. Napríklad, aby ste sa dostali na zoznam svetov na ceste s Neptúnom, musíte sa dostať na Jupiter na začiatku 20. rokov 20. storočia a dostať sa na pás Kuiper cez Urán by si vyžadovalo spustenie v polovici 20. rokov 20. storočia. Jupiter a Saturn sa na konci 20. rokov minulého storočia vyrovnali v praku do popruhu Kuiper.
Zoznam cieľov ponúka veľa zaujímavých možností. Varuna, pretiahnutý svet, ktorý získal tento tvar vďaka svojej vysokej rýchlosti rotácie, je ideálny na lietanie okolo Jupitera-Uránu. Neptún, ako už bolo spomenuté, poskytuje pohľad na Eris. Misia cez Jupiter-Saturn umožní pozorovanie Sedny, veľkej trpasličej planéty s obežnou dráhou, ktorá by mohla nasmerovať cestu k doteraz neobjavenej planéte desať. Jupiter-Saturn vám umožní zastaviť sa na jednej z najzaujímavejších planét trpaslíkov: Haumea.
Rovnako ako Varuna má Haumea tvar vajca, zatiaľ čo väčšina veľkých trpasličích planét v pásme Kuiper je zvyčajne guľatá. Haumea však tento tvar získala starodávnou zrážkou, ktorá jej dala dva mesiace, prstencový systém a chvost vyrobený z úlomkov. Keď majú asteroidy podobné zloženie, nazývajú sa „kolízna rodina“. Haumea vytvorila jedinú známu kolíziu v pásme Kuiper.
Čokoľvek si vyberieme, nebudeme mať veľa času. Preto, ak chceme vidieť prstence Haumea alebo dokonca červené, mimozemské svetlo Sedny, je potrebné začať pracovať čo najskôr. Tieto svety sú také malé, že existuje len jeden spôsob, ako zistiť ich tajomstvá: dostať sa k nim.
Ilja Khel