Уран может перевернуть представление о Вселенной

Парад планет обещает ученым редкую возможность изучить Уран и Нептун, в знаниях о которых до сих пор имеются огромные пробелы. Пока Уран — традиционная мишень для шуток среди астрономов, но изучение этой планеты могло бы перевернуть науку, пишет Nature. Упустить такой шанс было бы обидно.

Редкий шанс добраться до ледяного гиганта взбудоражил ученых, ведь планеты расположились так, что появилась возможность побывать на Уране и Нептуне. Но время поджимает.

Планетологи все активнее призывают совершить полет на Уран или Нептун, которые являются самыми удаленными и наименее исследованными планетами Солнечной системы. У ученых остаются огромные пробелы в знаниях об этих голубоватых планетах, которые называют ледяными гигантами, потому что космический аппарат посещал их всего один раз. Сейчас звучат призывы организовать полет в следующем десятилетии, потому что в это время планеты выстроятся таким образом, что полетное время значительно сократится.

Интерес к ледяным гигантам возрос в геометрической прогрессии, говорит планетолог Эми Саймон (Amy Simon), работающая в Центре космических полетов имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. В январе она вместе с коллегами организовала в Королевском обществе в Лондоне встречу, посвященную разработке такого полета. «Вояджер-2» стал единственным космическим аппаратом, посетившим Уран и Нептун. Было это в 1980-е годы, и «Вояджер» совершил облет этих планет. Таким образом, ледяные гиганты являются неисследованной территорией для самых разных ученых, которые могут изучать их планетные кольца, атмосферу, спутники и океаны, говорит Саймон.

Юпитерианское ускорение

Редкое сближение Нептуна, Урана и Юпитера произойдет в начале 2030-х годов, и это позволит космическому кораблю совершить гравитационный маневр вокруг Юпитера на пути к другим планетам. Можно будет сократить время полета, благодаря чему приборы и системы питания корабля сохранят свою работоспособность (срок их эксплуатации обычно составляет около 15 лет). Это также даст возможность уменьшить запас топлива, установив на борту полный комплект научных приборов. Чтобы воспользоваться преимуществами такого парада планет, полет на Нептун надо будет начать в 2031 году, а на Уран к середине 2030-х годов.

Окном является «правильное время для старта», рассказал на встрече в Лондоне планетолог Марк Хофштадтер (Mark Hofstadter), работающий в Лаборатории реактивного движения в Пасадене, штат Калифорния. «Мы не хотим упустить такую возможность», — подчеркнул он. Но времени для старта будет мало. НАСА является наиболее вероятным кандидатом на роль организатора такой многомиллиардной «флагманской» миссии, какую хотят провести ученые. Обычно на подготовку уходит 7-10 лет. Решение НАСА зависит от того, будет ли этот полет внесен в число приоритетов в докладе «Планетология: обзор на десятилетие», который выйдет в 2022 году. С полетом на Нептун и Уран будут конкурировать другие космические миссии, скажем, с целью забора образцов грунта на Марсе или по исследованию Венеры.

Но если Марс и Венеру ученые изучают уже десятилетиями, то «Уран и Нептун стоят особняком, и мы не провели даже самый первый этап исследований», говорит планетолог из британского Лестерского университета Ли Флетчер (Leigh Fletcher), участвовавший в организации лондонской встречи.

По словам Флетчера, полет на Уран или Нептун должен включать выход на околопланетную орбиту и отправку как минимум одного зонда в атмосферу или на один из спутников, как это было сделано во время совместной программы НАСА и Европейского космического агентства, которые отправили межпланетную станцию «Кассини-Гюйгенс» к Сатурну.

Синие загадки

Ученые считают эти две планеты близнецами, потому что у них примерно одинаковые размеры и масса. Но никто не знает, насколько они похожи, каков их состав и как они сформировались. Об этом собравшимся в Лондоне рассказала планетолог Равит Хеллед (Ravit Helled) из Цюрихского университета. Есть разные модели, авторы которых пытаются объяснить внутреннее строение ледяных гигантов, и то, почему более удаленный Нептун кажется теплее Урана. Все полагают, что они состоят из воды в том или ином состоянии, а может, из аммиачного льда, говорит Хеллед. «Но в действительности мы этого не знаем».

Крупный исследовательский полет к ледовым гигантам также пойдет на пользу изучению экзопланет, сказала Ханна Уэйкфорд (Hannah Wakeford) из Бристольского университета, занимающаяся такими исследованиями. Около 40% известных экзопланет — это ледяные гиганты; и чтобы понять, что о формировании таких планет может рассказать их размер и атмосфера, следует изучить их аналоги из нашей Солнечной системы.

Участники встречи согласились, что они будут рады полету к любой из этих планет, потому что результаты так или иначе будут богатые. Анализ показывает, что можно отправить зонды с корабля на обе планеты, хотя это будет запредельно дорого. Нептун привлекательнее, потому что его луна Тритон кажется геологически активной, а под ее поверхностью может находиться океан, предположительно состоящий из воды в жидком состоянии.

Однако у Урана, обладающего необычным магнитным полем, которое наклонено по отношению к оси вращения планеты, больше странных черт, чем у Нептуна, и эти черты опровергают существующие научные модели, говорит Хофштадтер. По словам Флетчера, окно запуска на Уран появится позднее и поэтому полет на него более реален.

Слишком скоро?

Но кое-кого беспокоят сроки. По космическим меркам это уже «послезавтра», заявил участникам встречи в Лондоне Фабио Фавата (Fabio Favata), занимающийся в Европейском космическом агентстве вопросами стратегии, планирования и координации. По его словам, агентство уже занимается подготовкой двух крупных полетов, запланированных на начало 2030-х годов; так что даже если в его программе по выбору космических миссий «Вояж 2050» предпочтение будет отдано полету на ледяные гиганты, агентство не успеет вовремя подготовиться.

ЕКА может также принять участие в программе под руководством НАСА, но для этого понадобится соответствующее решение США, добавил Фавата. Либо же агентство может отправить более легкие и дешевые аппараты, например, для облета одного из ледяных гигантов. Это даст ценные данные для науки, но не станет комплексным исследованием, на которое надеются ученые, сказал Хофштадтер.

Если планетологи упустят предстоящую возможность, им придется ждать следующего парада планет, который будет не раньше середины 2040-х годов, либо использовать более мощную ракету-носитель, такую как сверхтяжелая ракета НАСА Space Launch System. Но эта система пока еще только разрабатывается.

Астроном Хайди Хаммел (Heidi Hammel), работающая в Вашингтоне исполнительным вице-президентом Ассоциации университетов по исследованиям в области астрономии, подняла другой вопрос, с которым могут столкнуться ученые во время подготовки полета к Урану. Речь идет о шутках по поводу названия этой планеты (английское название Uranus по своему произношению схоже со словом anus, которое переводится как «задний проход» — прим. перев.) «Извините, что говорю об этом, но это реальная проблема, с которой мы непременно столкнемся», — сказала она.