Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

NASA mener, det er tid til at vende tilbage til Neptun med sin Trident-mission

Global Color Mosaic of Triton taget af Voyager 2 i 1989. Kredit:NASA/JPL/USGS

Er det tid til at tage tilbage til Neptun og dens måne Triton? Det kan være. Trods alt, vi har nogle uafsluttede sager der.

Det er 30 år siden NASAs Voyager 2 rumfartøj fløj forbi gasgiganten og dens største måne, og den forbiflyvning stillede flere spørgsmål, end den besvarede. Måske får vi nogle svar i 2038, når Jupiters positioner, Neptune og Triton vil være helt rigtige til en mission.

NASA overvejer den næste mission i sit Discovery Program, indsnævre det til fire muligheder:en mission for at studere Venus' atmosfære, en til at observere vulkansk aktivitet på Jupiters måne Io, en til at kortlægge Venus' overflade og studere dens geologi, og en til at udforske Neptuns måne Triton.

Den konceptuelle mission til Triton hedder Trident, og den konkurrerer med de tre andre om at blive en fuldgyldig mission.

Neptun er en sjældent besøgt planet. Faktisk, kun ét rumfartøj har nogensinde besøgt. Voyager 2 fløj forbi Neptun i 1989, og gav os nogle fristende glimt af dens mærkelige måne, Triton.

"Triton har altid været en af ​​de mest spændende og spændende kroppe i solsystemet, sagde Louise Prockter, direktør for Lunar and Planetary Institute/Universities Space Research Association i Houston. Som hovedefterforsker, Prockter ville lede den foreslåede Trident-mission. "Jeg har altid elsket Voyager 2-billederne og deres pirrende glimt af dette bizarre, skør måne, som ingen forstår, " tilføjede Prockter i en pressemeddelelse.

Triton er langt den største af Neptuns måner. Det er i en moddrejning med Neptun, og er højst sandsynligt et fanget Kuiperbæltsobjekt, snarere end en in-situ måne. Neptuns ydre måne Neried er på en stærkt elliptisk bane og er ikke vist. Billedkredit:NASA / ESA / A. Feild, STScI

Trident-missionen ville starte i 2026, drage fordel af en sjælden og effektiv justering mellem Jupiter, Neptun, og Triton i 2038. Det ville hjælpe tyngdekraften til at flyve forbi Jorden, Venus og Jupiter, før de fortsætter til Neptun. Alle disse forbiflyvninger vil drive rumfartøjet mod sit mål. Derefter ville den udføre et fly-by af Neptun og et fly-by af Triton. Desværre, missionsprofilen inkluderer ikke nogen orbitere eller landere.

Rumfartøjets unikke vej ville betyde, at selv med kun én forbiflyvning af Triton, det ville være i stand til at kortlægge månens overflade næsten fuldstændigt. Den ville også være i stand til at flyve inden for 500 km (310 miles) fra overfladen, lige igennem Tritons tynde atmosfære.

"Missionsdesignerne og navigatørerne er så gode til dette, " sagde JPL's William Frazier, projekt systemingeniør hos Trident. "Efter 13 års flyvning gennem solsystemet, vi kan trygt skimme den øverste kant af Tritons atmosfære - hvilket er ret ufatteligt."

Triton har en håndfuld mærkelige egenskaber, der beder om forklaringer.

Tritons overflade er meget robust, arret af stigende isklatter, forkastninger og vulkangruber og lavastrømme sammensat af vand og anden is. Overfladen er også ekstremt ung og sparsomt krateret, og kunne være geologisk aktiv i dag. Dette Voyager-billede viser månens "cantaloupe-terræn". Denne scene er i størrelsesordenen 150 meter (500 fod) på tværs. Vertikal relief er blevet overdrevet med en faktor 25 for at hjælpe fortolkningen. Kredit:NASA/JPL/Universities Space Research Association/Lunar &Planetary Institute

Da Voyager 2 gik forbi Triton i 1989, opdagede den et par ting, der tændte vores nysgerrighed. Der var udbrud af nitrogengas og støv, der nåede op til 8 km (5 miles) højt. Kun få nedslagskratere var synlige, og overfladen var blevet genoprettet gentagne gange. Der var kamme, furer, udspring, sletter og plateauer, men ingen overfladevariationer på over 1 km.

"Triton er mærkelig, men alligevel relevant underligt, på grund af den videnskab vi kan gøre der, " sagde Karl Mitchell Trident-projektforsker ved JPL. "Vi ved, at overfladen har alle disse funktioner, vi aldrig har set før, som motiverer os til at ønske at vide 'hvordan fungerer denne verden?'"

Forskere har sammensat det indre af Triton, også, selvom der er mange, der kræver bekræftelse, og mange, de stadig ikke kender. Det er sandsynligvis en differentieret krop, hvilket betyder at den har en skorpe, en kappe og en kerne. Men kappen er sandsynligvis flydende vand, og der er sandsynligvis nok radioaktivt materiale i Tritons kerne til at holde det vand varmt. Der er beviser for alt dette, men en mission ville afklare noget af det, og forhåbentlig svare på nogle andre spørgsmål.

Der er mere mærkeligt, når det kommer til Triton. Det er i en retrograd bane med Neptun, hvilket betyder, at den kredser i den modsatte retning af Neptuns rotation. Det er den eneste store måne i solsystemet, der gør det. Den eneste forklaring på dens moddrejning er, at det er et fanget Kuiperbælt-objekt snarere end en in-situ-måne. Den er også kraftigt vippet i forhold til Neptun, forskudt med 23 grader.

Tre kornete billeder af Tritons overflade fra Voyager 2. Dette er en tidssekvens af billede taget med 45 minutters mellemrum, fra top til bund. De viser en mørk gejser-lignende fane af materiale, der når en højde på 8 km (5 mi) over overfladen. Skyen af ​​materiale driver nedad til højre i omkring 150 km (100 miles) og ser ud til at blive tættere i hvert billede. Kredit:NASA/JPL

Og så er der stemningen. Triton har en meget tynd nitrogenatmosfære, med kun spormængder af kulilte og metan. Forskere tror, ​​at atmosfæren kommer fra nitrogenis, der smelter fra overfladen, som er dækket af et tyndt lag af udglødet frosset nitrogen. Og månens ionosfære er fyldt med ladede partikler og er 10 gange mere aktiv end nogen anden måne.

Den aktive ionosfære er en af ​​Tritons mest mystiske egenskaber. Normalt, at aktiviteten er drevet af solen. Men Triton er så langt væk fra solen - 30 gange længere væk end Jorden er - at noget andet må drive al den aktivitet.

Problemet er, vi kender alt dette fra Voyager 2's single fly-by, fra en afstand af 40, 000 km (25, 000 miles) fra Triton. Vi har brug for et nærmere kig for at lære mere om dette mærkelige, fanget måne.

I deres arbejde, NASA har identificeret en række topniveau, prioriterede spørgsmål, der styrer deres missionsvalg. Dette er nogle af de spørgsmål, der er prioriteret af NASA's Outer Planets Assessment Group:

Dette Voyager 2-billede viser et nærbillede af en fremtrædende kæde af vulkanske træk omgivet af glatte vulkanske sletter dannet af lavaer eller askeaflejringer af vand eller anden is, såsom metan eller ammoniak. De mindre gruber og kupler er typisk 10 kilometer (6 miles) på tværs og har en relief på ikke mere end et par hundrede meter (adskillige hundrede fod). De store fordybninger yderst til venstre og højre i kæden er 50 til 80 kilometer (31 til 50 miles) på tværs. Kredit:NASA/JPL/Universities Space Research Association/Lunar &Planetary Institute


  • Hvad er fordelingen og historien om livet i solsystemet?
  • Hvad er oprindelsen, udvikling, og struktur af planetsystemer?
  • Hvilke nutidige processer former planetsystemer, og hvordan skaber disse processer forskellige resultater inden for og på tværs af forskellige verdener?

Et hovedtræk i alt dette udforskende ønske er centreret om vand, og Tritons potentielle flydende vandkappe.

NASA's Outer Planets Assessment Group har et specifikt sæt spørgsmål, der omhandler vand, ocean verdener, og den rolle de spiller:

  • Hvad styrer havverdenernes beboelighed?
  • Holder havets verdener liv nu, eller gjorde de det før i tiden?
  • Hvilken rolle spillede de gigantiske planeter i fremkomsten af ​​liv på Jorden eller andre steder i solsystemet?

Der er andre formodede havmåner i solsystemet, ligesom Europa, Ganymedes og Enceladus. Men Triton er meget længere fra solen end de andre måner, og i modsætning til disse måner, Tritons underjordiske hav udviklede sig sandsynligvis, efter at Neptun fangede det. Hvordan forløb den proces?

Et nyt forslag til Discovery-mission, Trident ville udforske Neptuns største måne, Triton, som potentielt er en havverden med flydende vand under sin iskolde skorpe. Trident sigter mod at besvare spørgsmålene, der er skitseret i den grafiske illustration ovenfor. Kredit:NASA/JPL-Caltech

"Som vi sagde til NASA i vores missionsforslag, Triton er ikke kun en nøgle til solsystemvidenskab – det er en hel nøglering:et fanget Kuiperbælt-objekt, der udviklede sig, en potentiel havverden med aktive fjer, en energisk ionosfære og en ung, unik overflade, " sagde Trident-projektets videnskabsmand Karl Mitchell.

Trident-missionen kan ikke besvare alle disse spørgsmål på én gang. Men det kan tage fat på dem. De instrumenter, der udgør den videnskabelige nyttelast, vil blive udvalgt for at fremme vores forståelse af Triton på nogle få fronter, ikke kun vandaspektet.

I Tridents tilfælde, det nuværende koncept kræver kameraer, to spektrometre, et magnetometer, og et radiovidenskabeligt eksperiment. Et infrarødt spektrometer vil kortlægge overfladen, et plasmaspektrometer ville undersøge atmosfæren, især Tritons aktive ionosfære, og magnetometeret ville detektere ethvert hav under overfladen.

Trident ville bruge sit full-frame billedkamera til at fange de samme faner, som Voyager 2 afbildede, men i fuld "Neptun-glans, " når solens reflekterede lys vil lyse Tritons mørke side op. Forskere kan observere ændringer siden sidste besøg og lære mere om, hvor aktiv Triton er.

På billedet her er Europa, Ganymedes, og Enceladus, tre måner i vores solsystem med formodede underjordiske oceaner. Der er mange spørgsmål om deres beboelighed. Kredit:NASA/JPL

Der har været mange foreslåede missioner til Neptun og Triton gennem årene. Herunder Uranus og dens måner, parret af isgiganter og deres satellitter repræsenterer den eneste klasse af planeter, vi ikke har udforsket i vores solsystem. Og at udforske dem vil ikke kun besvare spørgsmål om vores eget system. Den mest almindelige type exoplanet, der er opdaget indtil videre, er Neptun-lignende planeter. Så hvad end vi lærer om Triton, noget af det vil udvide til vores forståelse af exoplaneter.

Triton-missionen er kun et koncept på dette tidspunkt. Og den konkurrerer med tre andre missioner om udvælgelse. Inden sommeren 2021, NASA vil have indsnævret valget til to finalister, eller muligvis én vinder.

ESA har overvejet en mission til både vores solsystems isgiganter og deres måner. Ice Giant atmosfærer er formet af dynamiske, kemiske og strålingsprocesser, som ikke findes andre steder i vores solsystem. Tritons mærkelige egenskaber gør, at den skiller sig ud fra sine jævnaldrende. Billeder A &C er falske farverepræsentationer af Voyager 2 observationer af Uranus og Neptun, henholdsvis. Billederne B og D blev erhvervet af Hubble-rumteleskopet i 2018. Kredit:Fletcher et al, 2020

Tritons usædvanlige egenskaber har meget at lære os om solsystemets udvikling, om vand, beboelighed og potentialet for liv i det ydre solsystem, langt fra solen. Fra vores store afstand, vi er tvunget til at gætte og undre os over denne mærkelige måne, og at blande og blande vores få, spændende billeder af det.

Men vi vil gerne have flere svar. Og den eneste måde at få rigtige svar på er at gå.