Over 30 jaar kan een atoomaangedreven ruimteverkenningsmissie naar Neptunus en zijn manen beginnen met het onthullen van enkele van de meest ongrijpbare geheimen van ons zonnestelsel over de vorming van zijn planeten - en onlangs ontdekte die zich rond andere sterren ontwikkelden.
Deze toekomstvisie staat centraal in een 12 maanden durend planningsonderzoek uitgevoerd door een divers team van experts onder leiding van Boeing Satellite Systems en gefinancierd door NASA. Het is een van de 15 'Vision Mission'-onderzoeken die bedoeld zijn om concepten te ontwikkelen in de Amerikaanse ruimteverkenningsplannen voor de lange termijn. Neptune-teamlid en radiowetenschapper Professor Paul Steffes van de Georgia Institute of Technology's School of Electrical and Computer Engineering noemt de missie 'de ultieme verkenning van de diepe ruimte'.
NASA heeft uitgebreide missies naar Jupiter en Saturnus gevlogen, de 'gasreuzen' genoemd, omdat ze voornamelijk bestaan uit waterstof en helium. Tegen 2012 zullen deze onderzoeken belangrijke informatie hebben opgeleverd over de chemische en fysische eigenschappen van deze planeten. Over Neptunus en Uranus - de 'ijsreuzen' - is minder bekend.
"Omdat ze verder weg zijn, vertegenwoordigen Neptunus en Uranus iets dat meer van het origineel bevat - om een‘ Carl Saganism ’te gebruiken -‘ zonnespullen ’of de nevel die condenseerde om planeten te vormen, 'zei Steffes. 'Neptunus is een rauwere planeet. Het wordt minder beïnvloed door materialen in de buurt van de zon en er zijn minder botsingen geweest met kometen en asteroïden. Het is meer representatief voor het oorspronkelijke zonnestelsel dan Jupiter of Saturnus. "
Omdat Neptunus zo koud is, verschilt de structuur ook van Jupiter en Saturnus. Een missie om de oorsprong en structuur van Neptunus te onderzoeken - die naar verwachting tussen 2016 en 2018 zal starten en rond 2035 zal aankomen - zal het begrip van wetenschappers over diverse planetaire vorming in ons zonnestelsel en in andere vergroten, merkte Steffes op.
Het missieteam is ook geïnteresseerd in het verkennen van de manen van Neptunus, vooral Triton, waarvan planeetwetenschappers denken dat het een Kuipergordelobject is. Dergelijke ijsballen zijn micro-planeten met een diameter tot 1.000 kilometer en worden over het algemeen gevonden in de buitenste regionen van ons zonnestelsel. Gebaseerd op studies tot nu toe, geloven wetenschappers dat Triton niet is gevormd uit Neptunus-materialen, zoals de meeste manen die in een baan om ons zonnestelsel cirkelen. In plaats daarvan is Triton waarschijnlijk een Kuiper-riemobject dat per ongeluk in de baan van Neptunus is getrokken.
'Triton is ver in de ruimte gevormd', zei Steffes. 'Het is niet eens een naaste verwant van Neptunus. Is het een geadopteerd kind ?. We geloven dat Kuiper-riemobjecten zoals Triton de sleutel waren tot de ontwikkeling van ons zonnestelsel, dus er is veel interesse om Triton te bezoeken. "
Hoewel ze met een aantal technische uitdagingen worden geconfronteerd, waaronder het ontwerp van toegangssondes, telecommunicatie en wetenschappelijke instrumentontwikkeling, heeft het Neptune Vision Mission-team een eerste plan ontwikkeld. Teamleden, waaronder Steffes, hebben het dit najaar op verschillende wetenschappelijke bijeenkomsten gepresenteerd om feedback van andere experts aan te moedigen. Op 17 december zullen ze het opnieuw presenteren tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van de American Geophysical Union. Hun definitieve aanbevelingen zijn te danken aan NASA in juli 2005.
Het plan is gebaseerd op de beschikbaarheid van nucleair-elektrische voortstuwingstechnologie die in ontwikkeling is in NASA's Project Prometheus. Een traditionele chemische raket zou het ruimtevaartuig uit de baan om de aarde lanceren. Dan zou een elektrisch voortstuwingssysteem dat wordt aangedreven door een kleine kernsplitsingsreactor - een aangepaste technologie van het type onderzeeër - het ruimtevaartuig naar zijn doel in de verre ruimte voortstuwen. Het voortstuwingssysteem zou stuwkracht genereren door elektrisch geladen deeltjes, ionen genaamd, uit zijn motoren te verdrijven.
Vanwege de grote wetenschappelijke lading die een nucleair-elektrisch aangedreven ruimtevaartuig kan vervoeren en aandrijven, is de missie van Neptunus veelbelovend voor wetenschappelijke ontdekking, zei Steffes.
De missie zal elektrische en optische sensoren aan boord van de orbiter en drie sondes gebruiken om de aard van de atmosfeer van Neptunus te detecteren, zei Steffes, een expert in teledetectie op afstand van planetaire atmosferen. De missie zal met name gegevens verzamelen over de atmosferische elementaire verhoudingen van Neptunus ten opzichte van waterstof en de belangrijkste isotopische verhoudingen, evenals over de zwaartekracht en magnetische velden van de planeet. Het onderzoekt de globale dynamica van de luchtcirculatie, meteorologie en chemie. Op Triton zullen twee landers atmosferische en geochemische informatie verzamelen nabij geisers aan de oppervlakte.
De drie toegangssondes van de missie worden op drie verschillende breedtegraden in de atmosfeer van Neptunus gedropt: de equatoriale zone, een mid-latitude en een poolgebied. Missieontwerpers staan voor de uitdaging om gegevens van de sondes door de radiogolfabsorberende atmosfeer van Neptunus te verzenden. Het laboratorium van Steffes bij Georgia Tech heeft uitgebreid onderzoek gedaan en heeft een grondig begrip gekregen van hoe dit probleem moet worden aangepakt, merkte hij op.
Het missieteam bespreekt nog steeds hoe diep de sondes moeten worden ingezet in de atmosfeer van Neptunus om zinvolle wetenschappelijke gegevens te verkrijgen. "Als we een laag genoeg frequentie van radiosignalen kiezen, kunnen we dalen tot 500 tot 1.000 aardatmosferen, wat neerkomt op 7500 pond druk per vierkante inch (PSI)", legde Steffes uit. 'Die druk is vergelijkbaar met wat een onderzeeër in de diepe oceaan ervaart.'
Die diepte is echter waarschijnlijk niet nodig, aldus de atmosferische modelbouwers van het missieteam, zei Steffes. De sondes kunnen de meeste informatie verkrijgen bij slechts 100 aardatmosferen, of 1500 PSI.
Oorspronkelijke bron: Georgia Tech News Release
