Uranus-månerne er fascinerende nok i sig selv til, at vi bør sende en flagskibsmission derud

Hvad er det mest interessante faktum, du ved om Uranus? Det faktum, at dens rotationsakse er fuldstændig ude af linie med alle andre planeter i solsystemet? Eller at Uranus' magnetosfære er asymmetrisk, især vippet i forhold til dens rotationsakse, og væsentligt forskudt fra planetens centrum? Eller at dens måner alle er opkaldt efter karakterer fra Shakespeare eller Alexander Pope?

Alle disse fakta (med undtagelse af de litterære referencer) er kommet fra et meget begrænset datasæt. Nogle af de bedste data blev indsamlet under en Voyager 2 forbiflyvning i 1986. Siden da, de eneste nye data er kommet fra jordbaserede teleskoper. Mens de har været støt stigende i opløsning, de har kun været i stand til at ridse overfladen af ​​det, der lurer i systemet omkring den nærmeste iskæmpe. Forhåbentlig, det er ved at ændre sig, som et hold af videnskabsmænd har udgivet en hvidbog, der advokerer for et besøg af et nyt Flagship-klasse rumfartøj.

Avisen blev ledet af Dr. Richard Cartwright, en forsker ved SETI Institute, og Dr. Chloe B Beddingfield, en videnskabsmand ved SETI og NASAs Ames Research Center, som samlede over 100 medforfattere til støtte for papiret. Avisen foreslår en mission i flagskibsklassen, sætter sin samlede pris på mere end 1 mia. Holdet foreslår, at missionen skal designes og lanceres i løbet af det næste årti for at bruge en tyngdekraftsassistance fra Jupiter, der kun er tilgængelig en gang hvert par årtier.

Denne tyngdekraftsassistance har to primære fordele. Den ene er, at den vil få missionen derhen hurtigere, giver den mulighed for at bruge mere tid på rent faktisk at udføre videnskab, før dens strømkilde løber tør. Ud over, det får potentielt rumfartøjet til Uran-systemet i tide til at se en jævndøgn som en del af en udvidet mission. Overvågning af denne meget sjældne hændelse ville gøre det muligt for videnskabsholdet at fange endnu mere unikke data, som hidtil har været umulige at indsamle.

Det er ikke kun planeten selv, som videnskabsholdet er interesseret i at overvåge, selvom. Mange af Uranus' måner er unikke og fortjener selv et nærmere kig. Voyager 2 opdagede 10 nye måner, og mere er blevet opdaget siden, bringer det samlede antal op på 27, den tredjeflest i solsystemet.

Månerne er kategoriseret i tre forskellige grupper - de fem klassiske måner, hvoraf Titania er den største, de ni uregelmæssige måner, hvis baner indikerer, at de kan være fangede objekter fra andre steder i solsystemet, og de 13 indre eller ringmåner, der primært opholder sig i Uranus' ringe.

De klassiske måner er sandsynligvis sammensat af sten og vandis, og har potentialet til at være oceanverdener, med underjordiske oceaner under et tykt lag is. Disse underjordiske oceaner kan forårsage tektonisk eller kryovulkanisk aktivitet på de klassiske måner. Der er en indikation for dette på Miranda og Ariel, to af de klassiske måner, hvis overflader ser ud til at være blevet ændret i den relativt nyere fortid (geologisk set).

Nuværende billeder af deres overflader er relativt lav opløsning, og et af de primære mål med den foreslåede mission er at tage billeder i højere opløsning af månernes overflader. Med højere opløsning kommer en bedre forståelse af de geologiske træk på disse måner, inklusive antallet af kratere, som kan bruges som en proxy for overfladealderen.

Hvis disse måner har underjordiske oceaner, de ville blive føjet til listen over interessante verdener for astrobiologer. Den liste omfatter også steder som Enceladus, som minder uhyggeligt meget om Miranda, ifølge Dr. Cartwright. Men det er ikke det eneste interessante sted i systemet at se. Mab, en af ​​Uranus' ringmåner, kredser i en diffus og støvet ring, der kan blive opretholdt af materiale, der kastes ud fra det lille legeme, som også kan ende på nabomåner. Tilsvarende de ydre måner Titania og Oberon kunne være beklædt af støv, der falder ind fra Uranus' fjerne uregelmæssige satellitter. Disse former for dynamiske interaktioner mellem de forskellige måner i Uranus kunne verificeres af den foreslåede mission.

For at verificere vekselvirkningerne mellem måner og mange andre forviklinger i planetsystemet, missionen skal have nogle avancerede instrumenter til at indsamle alle disse data. Dr. Cartwright nævner, at der vil være tre hovedafsnit:et kamera med synligt lys, et magnetometer, og et nær-infrarødt kortlægningsspektrometer.

Ud over at give fantastiske billeder af planetsystemet til forbrug tilbage på Jorden, kameraet med synligt lys kan bruges til at give billeder i høj opløsning af objekternes overflader, som beskrevet ovenfor. Det kan give indsigt i enhver nylig overfladeaktivitet, og det vil være en integreret del af det udvidede missionsmål om at se sæsonbestemte ændringer på selve Uranus.

Magnetometeret vil give videnskabsfolk mulighed for at studere interaktioner mellem månerne og Uranus' unikke magnetfelt tæt på. Et magnetometer kunne bruges til at søge efter salte underjordiske oceaner i disse måner ved at identificere inducerede magnetiske felter, der stammer fra deres indre. Denne teknik blev brugt af Galileos magnetometer til at søge efter salte oceaner i Jupiters store måner. JPL har for nylig udviklet et meget følsomt magnetometer, der potentielt kunne starte på denne mission.

Et nær-infrarødt kortlægningsspektrometer er et standardinstrument til enhver moderne rumforskningsmission og er nøglen til at forstå, hvilke molekyler der er til stede på overfladen af ​​Uranus' måner. I særdeleshed, det kunne karakterisere kuldioxidis og ammoniakholdigt materiale, som er geologisk kortlivede molekyler, der er blevet påvist på nogle af Uranus' måner. At undersøge disse molekyler ville give os mulighed for bedre at forstå disse satellitters astrobiologiske potentiale.

På spørgsmålet om hvorfor man sender en mission til denne ydre isgigant, med dets ukendte astrobiologiske potentiale, kan være en bedre udnyttelse af amerikanernes skattekroner end mulige missioner til andre lovende astrobiologiske kandidater, Dr. Cartwright peger på to hovedårsager.

Først, der er så lidt data om Uranus generelt, og de fleste af disse data er blevet indsamlet eksternt i de sidste 30+ år. En enkelt mission til systemet, med den hensigt at kredse, ville eksponentielt øge vores forståelse af et af de mindst undersøgte planetlegemer i solsystemet.

Sekund, antallet af spørgsmål, du kan besvare med en enkelt orbiter-mission til Uranus, overgår langt de data, der er indsamlet fra en tur til en enkelt måne. Der er 27 kendte organer at studere i systemet, sammen med planeten selv, dens ringe, og dens mærkelige magnetosfære, og måske er der endnu flere måner tilbage at opdage. En enkelt orbiter ville være i stand til at indsamle data om dem alle.

Dr. Cartwright er også hurtig til at påpege, at som en del af det sidste årti undersøgelse, en lignende mission til Uranus-systemet rangerede på tredjepladsen med hensyn til prioritet. De to missioner forude er det, der blev Perseverance Mars Rover og Europa Clipper missionen, som begge går videre med udviklingen. Med Uranus-projektet næste i rækken, holdets forhåbninger er store om, at konceptet vil blive samlet op som den næste flagskibsmission.

Hvis det afhentes, holdet har lidt tid til at nå det vindue, der kræves for at bruge Jupiters tyngdekraftsassistance mellem 2030 og 2034. Med hjælp fra den enorme gasgigant, missionen forventede at ankomme til det uranske system i begyndelsen til midten af ​​2040'erne. Det vil give missionsforskerne masser af tid til at friske op på deres Shakespeare, i tilfælde af at de får en chance for at nævne nogle flere måner.