La NASA ha chiesto agli scienziati di valutare come progettare e pilotare sonde spaziali robotiche su Urano e Nettuno, l’ultimo dei pianeti classici del sistema solare ancora in orbita, probabilmente assicurando che gli enormi mondi ghiacciati siano vicini alla cima della lista delle cose da fare dell’agenzia spaziale nei prossimi decenni.
Guidato il Jet Propulsion Laboratory, lo studio esaminerà idee per orbiter che potrebbero essere inviati Urano e Nettuno alla fine del 2020 o all’inizio del 2030 e studiare le strutture del pianeta gigante, la composizione e gli estesi sistemi lunari.
Uno degli obiettivi dello studio sarà la progettazione di una piattaforma spaziale comune che potrebbe essere sviluppata in due copie e lanciata su Urano e Nettuno per circa billion 2 miliardi ciascuno, secondo Jim Green, capo della divisione planetary science della NASA.
Ma Green ha detto che gli scienziati dovrebbero esaminare concetti ridimensionati che potrebbero essere sviluppati a costi inferiori.
“Vogliamo identificare potenziali concetti su uno spettro di punti di prezzo”, ha detto Green lunedì in una riunione di un gruppo di lavoro scientifico sponsorizzato dalla NASA dedicato alla ricerca sui pianeti esterni. “Uno dei nostri (impedimenti) per far accadere le missioni è l’enorme prezzo che ci vuole per poter uscire dal sistema solare esterno.”
Lo studio è il primo passo burocratico in uno sforzo pluriennale che coinvolge costi indipendenti e valutazioni tecniche, peer review scientifica e bilancio federale prima di una missione a uno dei pianeti giganti ghiacciati va dal tavolo da disegno alla realtà, Green ha detto.
I risultati dello studio saranno presentati a un gruppo di scienziati seduti dal Consiglio Nazionale delle Ricerche nei primi anni 2020. Il comitato NRC si riunisce una volta ogni decennio per tracciare le principali priorità per i prossimi 10 anni di ricerca scientifica planetaria, producendo un rapporto che classifica i concetti di missione per l’esame da parte dei decisori della NASA.
La politica dell’agenzia spaziale è di seguire le raccomandazioni del sondaggio decadale.
Una missione su Urano o Nettuno sarà probabilmente una missione di classe ammiraglia multimiliardaria nello stampo dell’orbiter Cassini della NASA che vola intorno a Saturno e una sonda recentemente approvata per volare ripetutamente dalla luna ghiacciata di Giove Europa.
Il budget della NASA per la scienza planetaria può supportare solo lo sviluppo di una missione così costosa alla volta, quindi solo il lavoro di basso livello su un progetto di punta di follow-up è accessibile fino a dopo che la missione Europa parte dalla Terra nel 2022.
“Ovviamente, non sarà facile essere in grado, anche dopo che l’Europa sotto la nostra cintura, per eseguire effettivamente sulla prossima grande missione, ma abbiamo bisogno di fare progressi per capire la nostra scienza priorità e guardare a questo in un modo che ci si prepara per il prossimo decennio, ma anche ad utilizzare le nuove tecnologie e funzionalità che sono usciti (dopo l’ultimo decennali survey),” Green ha detto lunedi.
L’ultimo rapporto di indagine decadale pubblicato nel 2011 ha fissato i principali obiettivi scientifici planetari della NASA come una missione di ritorno di campioni di Marte e una sonda verso Europa.
Il prossimo rover Mars della NASA previsto per il lancio nel 2020 raccoglierà e immagazzinerà campioni di roccia per il recupero e il ritorno sulla Terra con una futura missione, compiendo il primo passo in un’odissea multi-missione per riportare campioni dalla superficie del pianeta rosso. E la NASA ha approvato formalmente la sonda Europa flyby all’inizio di quest’anno per valutare l’abitabilità della luna ghiacciata.
Un orbiter Urano era terzo in linea nel 2011 decadal survey, ma il budget della NASA manterrà la missione a terra almeno fino alla fine degli anni 2020. Ciò significa che l’approvazione definitiva della NASA della missione dipende da esso cavando bene nella prossima valutazione decadale da parte del Consiglio Nazionale delle Ricerche.
È probabile che sia contro un forte sostegno per una missione robotica dedicata alla luna di Saturno Titano, che ha mari e fiumi di idrocarburi liquidi come il metano, e un’altra missione di punta su Marte per raccogliere i campioni raccolti dal rover 2020.
Una missione lander o rover su Venere potrebbe anche ottenere supporto nel prossimo rapporto decennale. La superficie del soffocante mondo avvolto dalle nuvole non è stata esplorata dalle missioni di lander dell’era sovietica negli 1980.
La NASA dovrebbe richiedere studi concettuali simili su altri principali contendenti per future missioni di punta che si dirigono verso la prossima indagine decadale, ma Urano e Nettuno sono i primi nel lotto.
Orbiters per Urano e Nettuno sarà quasi certamente contare su batterie nucleari alimentate da plutonio, e il finanziamento del governo degli Stati Uniti di ulteriore produzione di plutonio di grado spaziale assicura tali progetti avranno le risorse di energia di cui hanno bisogno, Green ha detto.
Gli ingegneri confezionano pellet di plutonio-238, l’isotopo su misura per l’elettricità nello spazio, in generatori di radioisotopi. Il decadimento naturale del plutonio-238 produce calore, che viene trasferito attraverso coppie termoelettriche per generare elettricità.
“Sarebbe dopo il 2023, quando entreremo nel prossimo decennio, che considereremmo l’uso del potere dei radioisotopi per quelle missioni, se sopravvivessero al processo decadale, che sono sicuro che lo faranno”, ha detto Green lunedì.
L’energia nucleare è necessaria per le sonde nelle zone più lontane del sistema solare, dove la luce solare è insufficiente per gli array solari. La missione New Horizons della NASA a Plutone, la missione Cassini a Saturno e il rover Curiosity su Marte attualmente si basano su fonti di energia al plutonio.
Urano orbita a circa 1,8 miliardi di miglia dal sole, più di tre volte più lontano di Giove, e Nettuno è posizionato a 2,8 miliardi di miglia di distanza.
Altri obiettivi dello studio JPL includono la valutazione di come le sonde di ricerca di Urano e Nettuno potrebbero beneficiare di tecnologie avanzate di sensori, come strumentazione compatta e telecamere ad alta risoluzione. Green ha detto che lo studio esaminerà anche come il potente sistema di lancio spaziale della NASA, che viene considerato per il lancio della missione Europa nel 2022, potrebbe consentire missioni più grandi, più capaci e meno rischiose verso Urano e Nettuno che potrebbero rendere il viaggio in una frazione del tempo fattibile se le sonde utilizzassero un razzo più piccolo.
“C’è questo sentimento sotterraneo che abbiamo bisogno di tornare al sistema solare esterno, ma è così difficile”, ha detto Heidi Hammel, un astronomo planetario che è vicepresidente esecutivo dell’Associazione delle Università per la ricerca in astronomia. “Stiamo lavorando sulla tecnologia per renderlo non così difficile e così costoso.”
La NASA ha anche incaricato il JPL di identificare i modi in cui i partner internazionali potrebbero partecipare alle missioni e di stabilire un team di definizione scientifica per Urano e Nettuno.
Alcuni scienziati vedono Urano e Nettuno come il logico passo successivo nell’esplorazione strategica del sistema solare, e gli orbiter di uno o entrambi gli enormi pianeti potrebbero arrivare circa mezzo secolo dopo i loro primi incontri con la sonda Voyager 2 della NASA.
“Il decadale planetario mette una missione di Urano molto alta”, ha detto Green ai giornalisti a luglio in un briefing durante il flyby di New Horizons di Plutone. “Anche se quelli sono pianeti giganti-Urano e Nettuno-hanno un sacco di grandi differenze compositive dai grandi giganti gassosi — che sono principalmente idrogeno ed elio — che è Saturno e Giove. Chiamiamo quelli — Urano e Nettuno-giganti di ghiaccio perché hanno molta ammoniaca e altro materiale.”
Gli scienziati ritengono che Urano e Nettuno siano composti principalmente da roccia e ghiaccio, con un’atmosfera densa e stratificata. I ricercatori non sono sicuri di dove abbiano ottenuto così tanto ghiaccio, ma alcuni esperti ritengono che Urano e Nettuno siano stati bombardati da oggetti primordiali congelati della fascia di Kuiper, un anello di proto-mondi frigidi oltre Nettuno che contiene Plutone e dozzine di pianeti nani di dimensioni nazionali.
Scoperte sorprendenti da parte del flyby di New Horizons di Plutone, che rivelano il minuscolo mondo ghiacciato per mostrare segni di apparenti flussi glaciali e attività geologica in corso, hanno rinnovato l’attenzione sui bordi lontani per lo più inesplorati del sistema solare, come la fascia di Kuiper.
“La nostra nuova frontiera è la parte esterna del sistema solare”, ha detto Green.
Almeno alcune delle lune dei pianeti giganti esterni, come il Tritone di Nettuno, sono probabilmente resti intatti dell’antica fascia di Kuiper che furono catturati miliardi di anni fa.
“Se vogliamo tornare a un oggetto della fascia di Kuiper (dopo New Horizons), potremmo non dover andare nella fascia di Kuiper per ottenerlo”, ha detto Green a luglio. “Potremmo voler andare a Nettuno per visitare Tritone, che è più vicino. Anche se Nettuno è un diavolo di distanza, non è ancora così lontano come alcuni degli oggetti della fascia di Kuiper.”
“penso che la scienza in caso di una futura missione su uno o ambedue i giganti di ghiaccio è forte, e si aspettano loro di essere ben posizionati nei prossimi decennali indagine,” ha detto Mark Hofstadter, uno scienziato planetario che ha condotto studi per un Urano missione alla fine del 2000.
“L’annuncio di ieri da Jim Green significa che il prossimo decennali sarà in una posizione migliore per identificare un realistico e capace di missione e il suo costo,” Hofstadter detto Spaceflight Now.
Per William McKinnon, un geologo planetario della Washington University di St. Louis, un’altra visita a Urano o Nettuno sarebbe affascinante, dice Spaceflight Now.
Ma McKinnon, che attualmente analizza i dati freschi su Plutone da New Horizons, porta in primo piano una preoccupazione spesso trascurata tra gli scienziati che lavorano su sonde verso destinazioni lontane: ci vogliono decenni per progettare, costruire e volare una tale missione, seguita da più anni di dati scricchiolio.
” Una missione gigante di ghiaccio, presumibilmente un orbiter, è, ahimè, oltre l’orizzonte per quanto riguarda la mia vita, quindi saluto coloro che vivranno per vederlo!”
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