
NASA行星科學部主任吉姆?格林(上圖)8月24日介紹說:“NASA已啟動對天王星或海王星探測任務的初步研究。”
近日,美國宇航局NASA要求科學家評估如何設計探索天王星與海王星的探測器,這也是人類在太陽系內(nèi)僅剩的尚未以環(huán)繞方式探測的兩顆行星,而冰巨行星(天王星和海王星)的探測任務在未來20年是NASA探測任務清單的前幾名。
在1986年1月與1989年8月旅行者2號近距離飛掠過天王星與海王星后,人類已有三十年沒有造訪這兩顆太陽系最遠的行星了,關于天王星與海王星的高清圖像資料也是由那次飛掠提供的。但現(xiàn)在,以環(huán)繞方式對這兩顆遠日行星進行詳細探測的計劃被提上日程,并且是未來20年NASA行星科學探測的重要目標之一。
探測器預計在2020年代末或2030年代初發(fā)射,噴氣推進實驗室JPL將著眼于研究這兩顆冰巨行星的結構和成分,衛(wèi)星系統(tǒng)等。

旅行者2號1986年1月拍攝的天王星,這也是人類迄今唯一一次對天王星的造訪
行星科學部主任吉姆·格林介紹說:“探測器研制的重點是設計成一個通用的平臺,這樣可以同時開發(fā)出兩個相似的航天器分別前往天王星與海王星,預計每個探測器將花費20億美元。”但是格林說,科學家應該有嘗試以更低成本研制出來的想法。在本周一,一個由NASA資助研究外行星的科學小組會議上,格林說:“我們需要確定一個大致的預算范圍。巨大的預算價格將是我們這項探測任務的一個巨大障礙。”美國大學天文研究協(xié)會執(zhí)行副主席海蒂·哈默爾說:“我們有重回外太陽系進行探索的強烈想法,但它是如此的艱難,我們正在努力使它更容易,變得不那么昂貴。”
這次評估也是讓天王星與海王星的探測任務從圖紙走向付諸實施的官方第一步,因為這將涉及到獨立的成本與技術評估,科學界的審查與聯(lián)邦預算等一系列的流程,這將需要多年的努力。評估結果將在2020年代初提交給美國國家研究委員會NRC的科學家小組,國家研究委員會每十年舉行一次會議,討論未來十年內(nèi)最優(yōu)先考慮的行星科學研究,并最終發(fā)布一份報告供NASA參考,而宇航局將遵循該報告的建議實施計劃。

旅行者2號1989年8月拍攝的海王星,這也是人類迄今唯一一次對海王星的造訪
冰巨行星的探測計劃將是一項花費數(shù)十億美元的旗艦級任務,將與探索土星的卡西尼-惠更斯號和最近剛批準的探測木衛(wèi)二的任務同級。而目前美國航天局的預算無法同時支持兩項旗艦級的行星科學任務,因此在木衛(wèi)二探測器發(fā)射的2022年前,宇航局將沒有更多精力投入在天王星和海王星的任務上。在2011年NRC發(fā)布的調(diào)查報告里,美國宇航局最近十年首要的行星科學目標是火星取樣返回與木衛(wèi)二探測任務。
天王星探測計劃在2011年NRC的調(diào)查報告里位列第三,它最終能否被宇航局批準實施將取決于下一個十年NRC的報告。與冰巨行星探測計劃同時競爭的項目還有土衛(wèi)六探測計劃、金星著陸器或漫游車、火星取樣返回,宇航局也要求這些項目做相應的評估研究,不過目前冰巨行星的探測計劃更有優(yōu)勢。

2011年美國國家研究委員會NRC發(fā)布的調(diào)查報告里,天王星軌道器的概念圖
天王星與海王星距離太陽十分遙遠,天王星距離太陽約28.8億千米,是木星到太陽距離的4倍,海王星距離太陽約45億千米,而木星軌道已是探測器使用太陽能的極限。天王星與海王星探測計劃的軌道器將依靠以钚作為燃料的核電池RTG供電,聯(lián)邦政府將提供生產(chǎn)這些核電池的資金保證。這種核電池通過熱電偶裝置把放射性同位素钚-238衰變產(chǎn)生的熱直接轉換為電能來提供給探測器的各項儀器設備使用,它已被應用在新視野號,卡西尼號與好奇號火星車上。
噴氣推進實驗室(JPL)評估的其他目標包括評估如何能讓天王星與海王星的探測受益于先進的傳感器技術,如小型儀器和高分辨率相機;還包括未來NASA最強大的火箭太空發(fā)射系統(tǒng)SLS能否在允許的時間內(nèi)將探測器可靠地送抵天王星和海王星,它們也可能用一枚更小的火箭發(fā)射。美國宇航局還責成JPL確定國際合作伙伴如何參加該計劃,并建立天王星與海王星項目的科學團隊。
在今年新視野號飛掠冥王星之后,科學家們認為派出探測器前往這兩顆遠日行星是合乎邏輯的下一步,因為在2011年信使號進入環(huán)水星軌道后,太陽系八大行星就只有天王星與海王星還未有以繞飛的方式進行詳細的探測,而上一次人類造訪這兩顆行星是旅行者2號以飛掠的方式探測的,只是匆匆一瞥,這對兩顆直徑是地球四倍的大行星而言顯然是不夠的,而且那是在20世紀80年代,已經(jīng)過去了近三十年。
太陽系外的四顆巨行星分為兩類,一類是以木星和土星為代表的氣態(tài)巨行星,一類是以天王星和海王星為代表的冰巨行星。這兩類行星的主要差異是:木星與土星的主要成分是氫和氦,而天王星與海王星主要由氨、水和甲烷等比氫和氦更重的物質組成。氣態(tài)巨行星的質量90%以上都是氫和氦,而天王星與海王星只有20%是氫和氦。因此探測天王星與海王星,研究為什么這兩顆行星與木星土星有如此大的差異非常有科學價值,對人類了解太陽系行星形成過程非常有幫助;而天王星高達97.77°的轉軸傾斜與被海王星俘獲的太陽系最大逆行軌道衛(wèi)星海衛(wèi)一也是科學家們非常感興趣的。
【美宇航局將天王星和海王星探測計劃提上日程】相關文章:
★ 鳳凰號發(fā)現(xiàn)火星存在液態(tài)水直接證據(jù)