30 vuoden kuluttua ydinvoimalla toimiva avaruustutkimustehtävä Neptunukseen ja sen kuisiin saattaa alkaa paljastaa aurinkokuntamme vaikeimpia salaisuuksia sen planeettojen muodostumisesta – ja äskettäin löydettyjä salaisuuksia, jotka kehittyivät muiden tähtien ympärille.
Tämä tulevaisuuden visio on 12 kuukauden suunnittelututkimuksen keskipiste, jonka on tehnyt monipuolinen Boeing Satellite Systemsin johtama ja NASAn rahoittama asiantuntijaryhmä. Se on yksi 15 'Vision Mission' -tutkimuksesta, joiden tarkoituksena on kehittää konsepteja Yhdysvaltojen pitkän aikavälin avaruustutkimussuunnitelmiin. Neptunus-ryhmän jäsen ja radiotieteilijä professori Paul Steffes Georgian teknillisen korkeakoulun sähkö- ja tietokonetekniikan korkeakoulusta kutsuu tehtävää 'syvän avaruuden tutkimuksen äärimmäiseksi'.
NASA on lentänyt laajoja tehtäviä Jupiteriin ja Saturnukseen, joita kutsutaan 'kaasujättiläisiksi', koska ne koostuvat pääasiassa vedystä ja heliumista. Vuoteen 2012 mennessä nämä tutkimukset ovat tuottaneet merkittävää tietoa näiden planeettojen kemiallisista ja fysikaalisista ominaisuuksista. Vähemmän tiedetään Neptunuksesta ja Uranuksesta - 'jääjättiläisistä'.
'Koska Neptunus ja Uranus ovat kauempana, ne edustavat jotain, joka sisältää enemmän alkuperäistä - 'Carl Saganismia' käyttäen - 'aurinkomateriaalia' tai sumua, joka tiivistyi muodostaen planeettoja', Steffes sanoi. 'Neptunus on raaka planeetta. Aurinkoa lähellä olevat materiaalit vaikuttavat siihen vähemmän, ja sillä on vähemmän törmäyksiä komeettojen ja asteroidien kanssa. Se edustaa paremmin alkuperäistä aurinkokuntaa kuin Jupiter tai Saturnus.'
Lisäksi, koska Neptunus on niin kylmä, sen rakenne eroaa Jupiterista ja Saturnuksesta. Neptunuksen alkuperän ja rakenteen tutkimistehtävä – jonka odotetaan laukeavan vuosina 2016–2018 ja saapuvan noin 2035 – lisää tutkijoiden ymmärrystä planeettojen monimuotoisesta muodostumisesta aurinkokunnassamme ja muissa maissa, Steffes huomautti.
Tehtäväryhmä on myös kiinnostunut tutkimaan Neptunuksen kuita, erityisesti Tritonia, jonka planeettatieteilijät uskovat olevan Kuiperin vyöhyke. Tällaiset jääpallot ovat mikroplaneettoja, joiden halkaisija voi olla jopa 1000 kilometriä ja joita esiintyy yleensä aurinkokuntamme syrjäisimmillä alueilla. Tähänastisten tutkimusten perusteella tutkijat uskovat, että Tritonia ei muodostunut Neptunuksen materiaaleista, kuten useimmat aurinkokuntamme planeettoja kiertävät kuut. Sen sijaan Triton on todennäköisesti Kuiper-vyön esine, joka vedettiin vahingossa Neptunuksen kiertoradalle.
'Triton muodostettiin ulospäin avaruudessa', Steffes sanoi. 'Se ei ole edes Neptunuksen lähisukulainen. Onko se adoptiolapsi? Uskomme, että Kuiperin vyöhykkeen kohteet, kuten Triton, olivat avainasemassa aurinkokuntamme kehityksessä, joten kiinnostusta Tritonissa vierailemiseen on paljon.
Neptune Vision Mission -tiimi on laatinut alustavan suunnitelman, vaikka he kohtaavatkin useita teknisiä haasteita – mukaan lukien tuloluotaimen suunnittelu sekä televiestintä ja tieteellisten instrumenttien kehitys. Ryhmän jäsenet, mukaan lukien Steffes, ovat esitellyt sitä tänä syksynä useissa tieteellisissä kokouksissa kannustaakseen palautetta muilta asiantuntijoilta. He esittelevät sen uudelleen 17. joulukuuta American Geophysical Unionin vuosikokouksessa. Heidän lopulliset suosituksensa on määrä antaa NASAlle heinäkuussa 2005.
Suunnitelma perustuu NASAn Prometheus-projektissa kehitettävän ydinsähköisen propulsioteknologian saatavuuteen. Perinteinen kemiallinen raketti laukaisi avaruusaluksen pois Maan kiertoradalta. Sitten pienestä ydinfissioreaktorista saatava sähköinen propulsiojärjestelmä – muunneltu sukellusvenetyyppinen tekniikka – kuljettaisi avaruusaluksen sen syvän avaruuden kohteeseen. Propulsiojärjestelmä synnyttäisi työntövoimaa poistamalla moottoreistaan sähköisesti varattuja hiukkasia, joita kutsutaan ioneiksi.
Koska ydinsähkökäyttöinen avaruusalus voi kantaa ja tehostaa suuren tieteellisen hyötykuorman, Neptunus-tehtävä lupaa paljon tieteellisiä löytöjä, Steffes sanoi.
Tehtävässä käytetään kiertoradalla olevia sähköisiä ja optisia antureita ja kolmea anturia Neptunuksen ilmakehän luonteen havaitsemiseen, sanoi Steffes, planeettojen ilmakehän radiokaukokartoituksen asiantuntija. Tarkemmin sanottuna tehtävässä kerätään tietoa Neptunuksen ilmakehän alkuainesuhteista suhteessa vetyyn ja tärkeimpiin isotooppisuhteisiin sekä planeetan painovoima- ja magneettikentistä. Se tutkii globaalia ilmakehän kiertokulkudynamiikkaa, meteorologiaa ja kemiaa. Tritonilla kaksi laskeutujaa keräävät ilmakehän ja geokemiallisia tietoja pinnalla olevien geysirien läheltä.
Tehtävän kolme tuloluotainta pudotetaan Neptunuksen ilmakehään kolmelle eri leveysasteelle – päiväntasaajan vyöhykkeelle, keskileveysasteelle ja napa-alueelle. Tehtäväsuunnittelijat kohtaavat haasteen lähettää tietoja luotainista Neptunuksen radioaaltoja absorboivan ilmakehän kautta. Steffesin laboratorio Georgia Techissä on tehnyt laajaa tutkimusta ja saanut perusteellisen käsityksen tämän ongelman ratkaisemisesta, hän huomautti.
Tehtäväryhmä keskustelee edelleen siitä, kuinka syvälle luotaimet tulisi sijoittaa Neptunuksen ilmakehään merkityksellisten tieteellisten tietojen saamiseksi. 'Jos valitsemme riittävän alhaisen radiosignaalien taajuuden, voimme laskea 500 - 1 000 maan ilmakehään, mikä on 7 500 paunaa neliötuumaa kohti (PSI),' Steffes selitti. 'Tuo paine on samanlainen kuin mitä sukellusvene kokee syvässä valtameressä.'
Tätä syvyyttä ei kuitenkaan luultavasti vaadita tehtäväryhmän ilmakehän mallintajien mukaan, Steffes sanoi. Luotaimet pystyvät saamaan suurimman osan tiedoista vain 100 Maan ilmakehän tai 1500 PSI:n paineessa.
Alkuperäinen lähde: Georgia Tech -uutistiedote
