未来10年行星科学的研究重点,天王星首屈一指!它有何迷人之处?
所以,作为从某种意义上说,主导着全球行星探测任务的美国宇航局,自然在这方面不甘人后,每隔10年,都会组织一些科学家,有针对性地对行星探测活动进行评估活动,从而确定未来一段时间,应该把哪些探测活动放到最关键和最紧迫的位置上来。从2019年开始,已经进入新一轮评估阶段,在美国相关研究机构的参与下,开展了行星探测的最新十年调查,并公开了调查和评估报告。
在评估过程中,科学家们收到了来自世界各国科学家和研究机构提供的500多份材料,生成的最终报告达到了780页之多。目前,正在进行对这份报告的深入审查,不过一些初步的意见已经比较明确。
作为主导方,这份报告中优先考虑的肯定是美国NASA的建议项目。从目前来看,美国NASA目前正在致力开展的旗舰项目有两项,一个是登陆火星计划,另一个是欧罗巴快船任务,这两项任务是上一次10年调查评估确认的项目。其中,登陆火星计划已经于2021年实施,而欧罗巴快船任务由于经费和技术的原因,将安排在2024年才开始发射,两个项目的投资分别为27亿和42亿美元。
在此次新一轮评估中,重点对6个潜在的项目进行了重点评估,主要包括了重启月球登陆、水星着陆探测器发射、从火星取样返回、 探索 海王星及其卫星、探测天王星、从太阳系矮行星谷神星上采样返回等。可以看出,未来10年美国对太阳系行星的探测,涵盖了距离太阳最近的水星、一直到距离太阳最远的行星海王星,如果这些都能顺利实施,那么不能不说覆盖范围之广、愿景之美好、规模之宏大。
而在6个旗舰项目中,评审专家们认为,应该确定一个最为首要的任务,那就是研制并实施一颗前往天王星的探测器,对天王星开展全方位的探测。之所以这么定位,原因之一就是上一次对天王星的探测,距离现在已经近40年了,即1986年旅行者2号飞掠天王星。
根据计划,探测天王星的任务将于2031年或者2032年开始实施,经过长达13年的时间从地球抵达天王星轨道,然后围绕天王星运行几年的时间,对天王星的大气层、卫星、星环以及内部结构开展系列探测,总共需要花费大约40亿美元。
排在这项目任务之后的第二个旗舰项目,评审专家认为应该是对土星卫星-土卫二发射的Orbilander探测器,它的目标是在土卫二的轨道上保留一个轨道探测器,运行1.5年左右,同时会释放一个土卫二的表面着陆探测器,在土卫二表面工作两年左右的时间,分析卫星表面冰冷物质的组成。该计划的总投资,估计将达到50亿美元。
这两个项目的花费都是高昂的,主要在于飞行的距离都非常远,探测器包括各种荷载的制造成本相当高,难度自然可想而知。考虑到美国此前太空探测的一些计划,往往都会受到经费的制约而出现延期问题,所以评审专家认为,假如在未来10年内,美国NASA在太空 探索 方面的总预算不充裕,那么探测天王星的项目要尽量保留。
为什么评审专家对天王星这么青睐有加呢?除了刚才提到的已经40年没有人类的探测器造访它之外,还有更重要的原因,那就是要从科学家们开展太阳系行星探测的重要目的来分析。
第一个目的,是揭示起源问题,也就是说太阳系和系内的行星是如何形成的?像我们太阳系这样的恒星系统,在宇宙中是常见的还是稀有的?从目前看,我们对太阳系的远日行星探测频次还远远不够,对包括天王星在内的远日行星形成、演化规律还认知不足。
第二个目的,是揭示演化问题,也就是说太阳系内的各个行星,是如何从它们的原始状态,发展演变成现在的模样的?从目前来看,天王星的运行规律,与其他行星,有一个特征是截然不同的,那就是它的自转轴与绕日轨道面之间的夹角仅有7.8度,可以说天王星是在“躺”着自转的,这一点是最让科学家们感到有兴趣的地方。
第三个目的,是揭示生命和可居住性问题,也就是说是什么因素和条件,导致了可居住环境和地球上生命的出现?在太阳系内部会不会有其他地方也具备生命形成的条件?是不是已经形成了?
虽然天王星是一颗气态的冰巨星,但是它拥有多达27颗卫星,在以往的探测和研究中,认为其中的5颗最大卫星—天卫一、天卫二、天卫三、天卫四、天卫五,在岩层的下面,可能隐藏着大量的液态水资源。有了液态水,就有了生命诞生的基本条件,因此对天王星及其卫星进行深入探测,进一步验证它们的内部结构和组成,将非常有利于拓展人类对生命及其形成条件的认知。
基于以上原因,科学家们在未来10年内的行星探测首要目标,放在了天王星上。这颗我们用肉眼很难直接看到的冰巨星,或许在不久的将来,就会以崭新的姿态、全新的面貌呈现在我们面前。
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