NASA再度聚焦天王星和海王星探测

Space Exploration - - 深空探测专题 - □郑本昌

近日,据美媒报道,美国宇航局的一个小组正在评估一项探测海王星和天王星的计划,争取在 2030 年发射探测器开展考察行动。如果能够成行,将大大增加人类对这两颗冰冻巨行星的了解。那么,这两颗行星有何特点?对其探测会面临哪些难题?

重启探测正当时

深空探测已经成为了当下航天热点,虽然经常能听到很多关于探测火星、木星和土星的消息,但远离太阳的行星似乎并没有受到太多的关注,只有 2015 年 7月新视野号探测器飞掠冥王星引起了不小的轰动。

虽然只是掠过匆匆一瞥,但取得的成果已经令人激动,也激发了人们对远地行星进行探测的热情。此次美国宇航局宣布将天王星和海王星纳入探测目标,也标志着继上世纪 80 年代末“旅行者2号”飞掠这两颗行星后,人类重启探测天王星和海王星之路。

旅行者号计划是美国深空探测的丰碑,也是首次进入星际空间的人类探测器。“旅行者2号”于 1977 年发射升空,成功连续访问了木星、土星,并分别在 1986 年 1 月 24 日和 1989年 8 月 25日掠过天王星、海王星。然而,对两颗介于土星和冥王星之间、直径是地球四倍的大行星而言,这匆匆一瞥显然无法满足人类的好奇心。

此外,在 2011年美国信使号探测器进入环水星轨道后,太阳系八大行星就只有天王星与海王星还未有以 绕飞的方式进行过详细探测。因此,美国宇航局此时宣布新的探索计划可谓正当时。

既熟悉又陌生的行星

天王星和海王星是太阳系最外围的两颗行星,距离太阳20 个和 30 个天文单位(1个天文单位约为 1.5 亿千米)。从体型上来看,这“哥俩”紧随木星和土星之后,分别位列八大行星中的第三位和第四位。虽然,天王星和海王星都属于气态巨行星,但是由于内部结构及大气组成与木星和土星这类传统的气态巨行星存在一定差异,天文学家又把它们细分为冰巨星。木星与土星的主要成分是氢和氦,而天王星与海王星主要由氨、水和甲烷等物质组成。气态巨行星的质量90%以上都是氢和氦,而天王星与海王星只有20%是氢和氦。

可以说,人类对天王星和海王星既熟悉又陌生。更有趣的是,“旅行者 2号”曾经在海王星上探测到了大黑斑,但奇怪的是1994 年哈勃空间望远镜试图观测时它却消失了,几个月后在另一个地方又重新发现了一个新的黑斑,其缘由一直无法得知,成了一个未解之谜。

除此之外,天文学家在海王星和天王星研究方面取得的最新进展也吸引了更多人注意——海王星和天王星上有可能覆盖有大片液态钻石海,海面上还漂浮着类似于冰山、体积庞大的固体钻石。

极高的科学价值

为了对太阳系内这两位神秘的冰巨人有更深入的了解,重启探索之路十分必要。此举在科学上也有极高的研究价值,对于推动人类认识太阳系、系外行星系统和行星的形成与演化至关重要。

美国宇航局规划的探测任务中,最重要的两个科学目标分别是,确定这些冰冻巨行星的成分和确定其内部结构以及不同元素的丰富程度。

美国宇航局“冰巨星 10年预研计划组”合作主管艾米·西蒙表示,预想中的探测模式是发射1艘轨道器,并携带释放进入天王星或海王星大气层的探测器。

不过,这次探测任务要想成行,也面临着很大的技术挑战。从地球出发,探测器将在太空飞行至少14 年时间才能抵达目的地,并且由于天王星和海王星所在的距离过于遥远,不足以支持太阳能发电,因此探测器需要考虑携带核电源。同时,还将面临稍纵即逝的发射窗口问题。

因此,对于天王星最好的发射窗口在 2034—2036 年之间,对于海王星来说,如果过了2030 年机会就会很少。★

▲天王星

▲海王星

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