Загадка Солнечной системы. Началась подготовка к новой космической миссии

• Важнейший полет десятилетия
• До Урана — за восемь лет
• Планета-загадка
• В поисках ответов

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.

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.

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.

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.

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.