In 30 Jahren könnte eine atomgetriebene Weltraumerkundungsmission nach Neptun und seinen Monden beginnen, einige der schwer fassbaren Geheimnisse unseres Sonnensystems über die Entstehung seiner Planeten zu enthüllen - und kürzlich entdeckte, die sich um andere Sterne entwickelten.
Diese Zukunftsvision steht im Mittelpunkt einer 12-monatigen Planungsstudie, die von einem vielfältigen Expertenteam unter der Leitung von Boeing Satellite Systems durchgeführt und von der NASA finanziert wird. Es ist eine von 15 „Vision Mission“ -Studien, mit denen Konzepte in den langfristigen Weltraumerkundungsplänen der USA entwickelt werden sollen. Das Neptun-Teammitglied und Funkwissenschaftler Professor Paul Steffes von der School of Electrical and Computer Engineering des Georgia Institute of Technology nennt die Mission "die ultimative Erforschung des Weltraums".
Die NASA hat umfangreiche Missionen zu Jupiter und Saturn geflogen, die als "Gasriesen" bezeichnet werden, da sie überwiegend aus Wasserstoff und Helium bestehen. Bis 2012 werden diese Untersuchungen wichtige Informationen über die chemischen und physikalischen Eigenschaften dieser Planeten liefern. Über Neptun und Uranus - die „Eisriesen“ - ist weniger bekannt.
"Weil sie weiter draußen sind, stellen Neptun und Uranus etwas dar, das mehr vom Original enthält - um einen" Carl Saganismus "zu verwenden -" Sonnenmaterial "oder den Nebel, der sich zu Planeten verdichtete", sagte Steffes. „Neptun ist ein rauerer Planet. Es wird weniger von sonnennahen Materialien beeinflusst und hat weniger Kollisionen mit Kometen und Asteroiden. Es ist repräsentativer für das ursprüngliche Sonnensystem als Jupiter oder Saturn. "
Da Neptun so kalt ist, unterscheidet sich seine Struktur von Jupiter und Saturn. Eine Mission zur Untersuchung des Ursprungs und der Struktur von Neptun, die voraussichtlich zwischen 2016 und 2018 starten und um 2035 eintreffen wird, wird das Verständnis der Wissenschaftler für die vielfältige Planetenbildung in unserem Sonnensystem und in anderen verbessern, so Steffes.
Das Missionsteam ist auch daran interessiert, Neptuns Monde zu erforschen, insbesondere Triton, von dem Planetenforscher glauben, dass es sich um ein Kuipergürtelobjekt handelt. Solche Eisbälle sind Mikroplaneten mit einem Durchmesser von bis zu 1.000 Kilometern und befinden sich im Allgemeinen in den äußersten Regionen unseres Sonnensystems. Basierend auf bisherigen Studien glauben Wissenschaftler, dass Triton nicht aus Neptunmaterialien gebildet wurde, wie die meisten Monde, die Planeten in unserem Sonnensystem umkreisen. Stattdessen ist Triton wahrscheinlich ein Kuipergürtelobjekt, das versehentlich in Neptuns Umlaufbahn gezogen wurde.
"Triton wurde weit draußen im Weltraum gebildet", sagte Steffes. „Es ist nicht einmal ein enger Verwandter von Neptun. Es ist ein adoptiertes Kind? Wir glauben, dass Kuipergürtelobjekte wie Triton der Schlüssel zur Entwicklung unseres Sonnensystems waren, daher besteht großes Interesse daran, Triton zu besuchen. "
Obwohl sie vor einer Reihe technischer Herausforderungen stehen - einschließlich des Entwurfs von Eintrittssonden sowie der Entwicklung von Telekommunikation und wissenschaftlichen Instrumenten - hat das Neptune Vision Mission-Team einen ersten Plan entwickelt. Teammitglieder, einschließlich Steffes, haben es diesen Herbst auf verschiedenen wissenschaftlichen Treffen vorgestellt, um das Feedback anderer Experten zu fördern. Am 17. Dezember werden sie es auf der Jahrestagung der American Geophysical Union erneut vorstellen. Ihre endgültigen Empfehlungen gehen an die NASA im Juli 2005.
Der Plan basiert auf der Verfügbarkeit von nuklearelektrischer Antriebstechnologie, die im NASA-Projekt Prometheus entwickelt wird. Eine traditionelle chemische Rakete würde das Raumschiff aus der Erdumlaufbahn starten. Dann würde ein elektrisches Antriebssystem, das von einem kleinen Kernspaltungsreaktor angetrieben wird - eine modifizierte U-Boot-Technologie - das Raumschiff zu seinem Weltraumziel befördern. Das Antriebssystem würde Schub erzeugen, indem elektrisch geladene Teilchen, die als Ionen bezeichnet werden, aus seinen Motoren ausgestoßen werden.
Aufgrund der großen wissenschaftlichen Nutzlast, die ein nuklearelektrisch angetriebenes Raumschiff tragen und antreiben kann, ist die Neptun-Mission vielversprechend für wissenschaftliche Entdeckungen, sagte Steffes.
Die Mission wird elektrische und optische Sensoren an Bord des Orbiters und drei Sonden einsetzen, um die Natur der Neptunatmosphäre zu erfassen, sagte Steffes, Experte für Fernerkundung von Planetenatmosphären. Insbesondere wird die Mission Daten über die atmosphärischen Elementverhältnisse von Neptun im Verhältnis zu Wasserstoff und den wichtigsten Isotopenverhältnissen sowie über die Schwerkraft und die Magnetfelder des Planeten sammeln. Es wird die globale atmosphärische Zirkulationsdynamik, Meteorologie und Chemie untersuchen. Auf Triton werden zwei Lander atmosphärische und geochemische Informationen in der Nähe von Geysiren an der Oberfläche sammeln.
Die drei Eintrittssonden der Mission werden in drei verschiedenen Breiten - der Äquatorzone, einer mittleren Breite und einer Polarregion - in die Atmosphäre von Neptun fallen gelassen. Missionsdesigner stehen vor der Herausforderung, Daten von den Sonden durch die strahlungsabsorbierende Atmosphäre von Neptun zu übertragen. Steffes 'Labor an der Georgia Tech hat umfangreiche Forschungen durchgeführt und ein gründliches Verständnis dafür gewonnen, wie dieses Problem angegangen werden kann.
Das Missionsteam diskutiert immer noch, wie tief die Sonden in der Atmosphäre von Neptun eingesetzt werden sollten, um aussagekräftige wissenschaftliche Daten zu erhalten. "Wenn wir eine ausreichend niedrige Frequenz von Funksignalen wählen, können wir bis zu 500 bis 1.000 Erdatmosphären erreichen, was einem Druck von 7.500 Pfund pro Quadratzoll (PSI) entspricht", erklärte Steffes. "Dieser Druck ähnelt dem, was ein U-Boot in der Tiefsee erlebt."
Laut den atmosphärischen Modellierern des Missionsteams wird diese Tiefe jedoch wahrscheinlich nicht erforderlich sein, sagte Steffes. Die Sonden können die meisten Informationen nur bei 100 Erdatmosphären oder 1.500 PSI erhalten.
Originalquelle: Georgia Tech Pressemitteilung
