Загадка Солнечной системы. Началась подготовка к новой космической миссии

МОСКВА, 17 мар — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. В стратегическом плане планетарных исследований НАСА приоритет номер один — полет автоматической станции UOP к Урану. Научное сообщество ждало этого тридцать лет. Об особенностях и задачах миссии — в материале РИА Новости.

Важнейший полет десятилетия

Уран и Нептун относятся к классу ледяных гигантов. В отличие от внутренних планет земного типа из каменистых пород и газовых гигантов Юпитера и Сатурна, состоящих из водорода и гелия, они образованы замерзшими водой, аммиаком и метаном.

Эти планеты — самые удаленные в Солнечной системе и изучены очень плохо. В наземные телескопы удается рассмотреть лишь вихри в плотной атмосфере. Поверхность же полностью скрыта.

Из космических аппаратов лишь "Вояджер-2" пролетел мимо них в конце 1980-х. Благодаря этой миссии ученые получили первые сведения о составе атмосферы Урана и Нептуна, их спутниках. Узнали, что у планет есть магнитное поле и слабо выраженные кольца. Однако этого явно недостаточно.

НАСА давно собирается отправить к Урану орбитальный аппарат и зонд UOP (Uranus Orbiter and Probe). В десятилетней стратегии на 2013-2022 годы этот проект был на третьем месте по приоритетности после марсохода Mars 2020 и миссии к спутнику Юпитера Европе.

Марсианский ровер Perseverance успешно работает на Красной планете — собирает образцы породы и готовит их к отправке на Землю. Старт аппарата Europa Clipper намечен на конец 2024-го. В десятилетнем обзоре, недавно опубликованном НАСА, недостаток знаний о ледяных гигантах — главная проблема планетарных исследований, а миссия UOP — самый приоритетный проект.

© NASA/JPL-Caltech

Снимок Урана, полученный космическим аппаратом "Вояджер-2"

До Урана — за восемь лет

Концепция, разработанная учеными и инженерами НАСА, Калифорнийского университета и Университета Джонса Хопкинса, предполагает отправку на орбиту Урана космического корабля весом около пяти тонн с отделяющимся зондом, который погрузится в атмосферу планеты. К проектированию приступят уже в этом году. Средство доставки — ракета-носитель тяжелого класса Falcon Heavy от компании SpaceX.

Есть еще конкурирующий проект Neptune Odyssey. Но эксперты сошлись во мнении, что для него пока нет нужной ракеты-носителя. Кроме того, миссия к Урану более гибкая в плане выбора траекторий.

Запуск состоится в 2031-м или 2032-м, через 13 лет корабль достигнет места назначения и проведет на орбите около пяти лет.

Альтернативное техническое решение позволяет сократить полет до восьми лет и, соответственно, увеличить срок полезной службы аппарата вдвое. Там используется эффект аэрозахвата: космический корабль, замедляясь в верхних слоях атмосферы, выходит на окончательную орбиту всего за один проход. Обычно требуется несколько корректирующих оборотов.

Но этот вариант вряд ли выберут. Для него нужны точные данные о параметрах атмосферы, а их получат лишь после миссии UOP.

CC BY-SA 4.0 / Athulpg007 /

Схема, показывающая различные этапы маневра аэрозахвата. Толщина атмосферы увеличена для наглядности

Планета-загадка

Уран практически "лежит на боку" относительно общей плоскости движения планет Солнечной системы. При этом вокруг собственной оси он вращается ретроградно, то есть в обратную сторону.

Эту странность обычно объясняют гипотезой о том, что когда-то Уран столкнулся с крупным космическим телом. Однако ни у одного из спутников, неразрывно связанных с материнской планетой, нет такой же наклонной орбиты. Кроме того, все луны Урана ледяные, а мощный удар, способный опрокинуть планету, дал бы столько тепла, что лед бы испарился и спутники стали каменистыми.

Много неясностей и с внутренним строением. Стандартная модель предполагает, что Уран состоит из трех частей: в центре — небольшое каменное ядро, затем — ледяная оболочка, снаружи — водородно-гелиевая атмосфера. Однако некоторые факты ставят ученых в тупик.

CC BY-SA 4.0 / FrancescoA, Someone_who_is_different /

Внутреннее строение Урана

Прежде всего тепловое излучение Урана значительно слабее, чем у других планет-гигантов Солнечной системы, включая Нептун. Это затрудняет определение физических параметров недр. Возможно, в верхних слоях Урана есть некая прослойка, препятствующая выходу тепла. Либо основная масса планеты сложена не льдом в общепринятом смысле этого слова, а сверхплотной жидкостью — смесью воды, аммиака и метана. Кстати, если предположить, что в недрах Урана есть жидкая вода, это автоматически перемещает его в список планет, где возможна жизнь.

Ученые не могут объяснить также аномально низкие температуры поверхности, сложное магнитное поле, периодически возникающие сильные вихри в атмосфере.

В поисках ответов

Миссия к Урану должна ответить на многие вопросы. Зонд изучит изменение состава атмосферы по вертикали, тепловую стратификацию и скорость ветра в зависимости от высоты над поверхностью. А орбитальный аппарат займется глобальными наблюдениями за атмосферой и магнитосферой планеты, спектральными и динамическими параметрами.

Трехкомпонентный магнитометр на борту картирует магнитные аномалии на поверхности, исследует структуру и динамику магнитного поля. Ученые хотят понять динамо-процесс, благодаря которому оно возникает.

Магнитное поле у планет земной группы генерируется в расплавленном металлическом ядре. В каком виде находится вещество в ядре Урана, неизвестно. Недавно выяснилось, что у Юпитера и Сатурна ядра не имеют четких границ. Достигая критической массы, вещество диффундирует. Так тяжелые элементы из центра планеты попадают во внешние оболочки вплоть до атмосферы.

© NASA / The Uranus Orbiter and Probe

Орбитальный аппарат Uranus Orbiter and Probe

Возможно, так же происходит и на Уране — и его сложное магнитное поле связано не с ядром, а с конвективными потоками в жидкой подповерхностной оболочке, окружающей внутреннюю ледяную часть планеты со стабильной слоистой структурой.

Исследователи надеются, что собранная миссией UOP информация позволит приблизиться к разгадке того, как Уран образовался и приобрел свой необычный наклон с ретроградным вращением, узнать объемный состав планеты и как он меняется с глубиной. Кроме того, ученые планируют детально изучить спутники Урана, понять соотношение камня и льда в их структуре, разобраться с внутренними источниками тепла, а также найти, возможно, подземные океаны.

Известно 27 спутников Урана, среди них пять крупных: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. Косвенные признаки продолжающейся геологической активности зафиксировали на трех — Титании, Обероне и Ариэли. Последний считается наиболее перспективным с точки зрения поиска под внешним ледяным панцирем потенциально пригодного для возникновения жизни океана жидкой воды.