Næste generations NASA-instrument avancerede til at studere atmosfærerne i Uranus og Neptun

Meget har ændret sig teknologisk siden NASAs Galileo-mission smed en sonde ind i Jupiters atmosfære for at undersøge, blandt andet, varmemotoren, der driver gasgigantens atmosfæriske cirkulation.

En NASA-forsker og hans team ved Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, drager fordel af disse fremskridt til at modne en mindre, bedre netflux radiometer. Denne type instrument fortæller videnskabsmænd, hvor opvarmning og afkøling sker i en planets atmosfære og definerer rollerne for solenergi og interne varmekilder, der bidrager til atmosfæriske bevægelser. Næste generations radiometer udvikles specifikt til at studere atmosfærerne i Uranus eller Neptun, men kunne bruges på ethvert mål med en atmosfære.

Af alle planeterne i solsystemet, kun Uranus og Neptun - kaldet isgiganterne, fordi de for det meste består af is - forbliver relativt uudforskede. Mens Voyager 2 tog billeder af den syvende og ottende planet, den opnåede ikke de betagende detaljer, som Galileo- og Cassini-missionerne samlede om Jupiter og Saturn. Selv fjerntliggende Pluto fik et nærbillede med New Horizons-missionen i 2015.

Meget mangler at blive opdaget, sagde Shahid Aslam, hvem leder teamet, der udvikler næste generations instrument, en indsats finansieret af NASA's Planetary Concepts for the Advancement of Solar System Observations, eller PICASSO, program.

Videnskabsmænd ved, at både Uranus og Neptun er vært for en slumrende kappe af vand, ammoniak, og metan-is, mens deres atmosfærer består af molekylært brint, helium, og metangas. Imidlertid, forskelle eksisterer i disse kolde ydre jovianske verdener.

Når temperaturerne falder til under -333,7 grader Fahrenheit, ammoniakgas fryser til iskrystaller og falder ud af atmosfæren på begge planeter. Metan - en blåfarvet gas - bliver dominerende. Mens atmosfærisk metanindhold er ens på begge planeter, de ser anderledes ud. Uranus fremstår som en diset blågrøn, mens Neptun får en meget dybere farve blå. En ukendt atmosfærisk bestanddel menes at bidrage til Neptuns dybere blå farve, sagde Aslam.

Også, Uranus mangler indre varme. Følgelig, dens skyer er kolde og bølger ikke over det øverste tågelag. Neptun, på den anden side, udstråler lige så meget energi, som den modtager fra Solen. Denne indre energi giver Neptun en aktiv, dynamisk atmosfære, kendetegnet ved mørke bælter og lyse skyer af metan-is og cykloniske storme.

Fordi NASA aldrig har fløjet en dedikeret mission til isgiganterne, detaljer om fysikken, der driver disse atmosfæriske forhold, forbliver uhåndgribelige, sagde Aslam.

Han mener, at det nye instrument kan give svar.

Det er en efterfølger til et lignende instrument, der indsamlede data om Jupiters atmosfæriske forhold, før det blev knust af Jupiters atmosfæriske tryk i december 1995. Under den farefulde, 58 minutters tur dybt ind i planetens atmosfære, Galileos netfluxradiometer - en af ​​flere monteret inde i sonden - målte stråling, der nåede planeten fra Solen ovenover, såvel som den termiske stråling eller varme genereret af planeten selv nedenfor. Disse top- og bundmålinger hjalp videnskabsmænd med at beregne forskellen mellem de to - en måling kaldet nettoflux.

Ud over at give detaljer om atmosfærisk opvarmning og køling, nettofluxdata afslører information om skylag og deres kemiske sammensætning. "Rent faktisk, du kan lære meget af nettofluxdata, især kilder og dræn til planetarisk stråling, " sagde Aslam.

Ligesom sin forgænger, Aslams instrument ville tage et selvmordstup gennem atmosfæren af ​​enten Uranus eller Neptun. Men da den kom ned, det ville indsamle oplysninger om disse dårligt forståede regioner med større nøjagtighed og effektivitet, sagde Aslam. "Tilgængelige materialer, filtre, elektroniske detektorer, flight computing, og datahåndtering og -behandling er alle blevet forbedret. Ærligt talt, vi har bedre teknologi hele vejen rundt. Det er klart, at tiden nu er inde til at udvikle den næste generation af dette instrument til fremtidige atmosfæriske indtrængningssonder, " han sagde.

I stedet for at bruge pyroelektriske detektorer på Galileo, for eksempel, Aslam ser på brugen af ​​termopile-sensorer, som omdanner varme eller infrarøde bølgelængder eller varme til elektriske signaler. Fordelen er, at termopile-kredsløb er mindre modtagelige for forstyrrelser og elektrisk støj.

Aslams team tilføjer også to ekstra infrarøde kanaler til at måle varme, bringer det samlede antal til syv, og to ekstra betragtningsvinkler til at samle disse bølgelængder og hjælpe med at modellere lysspredning. Når lys spredes i ét synsfelt på grund af interaktioner med aerosoler og ispartikler, spredningen kan forurene målinger i et andet synsfelt. Dette giver forskerne et skævt billede af, hvad der sker, når de analyserer dataene.

Desuden, instrumentets snævrere synsfelt vil afsløre flere detaljer om planetens skydæk og atmosfæriske lag, når instrumentet gør det. Lige så vigtigt, instrumentet er mindre, og dets sensorer anvender moderne applikationsspecifikke integrerede kredsløb, der understøtter hurtig datasampling, sagde Aslam.