Missionen zur Erforschung des mysteriösen geneigten Planeten Uranus

Uranusringe geneigt

Nahinfrarot-Ansichten von Uranus zeigen sein ansonsten schwaches Ringsystem und heben die Neigung des Planeten hervor. (Bildnachweis: Lawrence Sromovsky, (Univ. Wisconsin-Madison), Keck-Observatorium)

Anfang dieses Jahres empfahl der Planetary Science Decadal Survey der NASA, eine Mission zum Planeten Uranus zu entsenden. Bei all der Aufmerksamkeit, die Mars, Jupiter und sogar dem armen kleinen Pluto geschenkt wird, was ist der Reiz, nach Uranus zu reisen?



Viele, sagt Mark Hofstadter vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien.

'Uranus ist eine Art Planet, über den wir sehr wenig wissen', sagte Hofstadter. 'Vor dreißig Jahren dachten wir, Uranus und Neptun wären nur kleinere Versionen von Jupiter und Saturn.'

Heute wissen wir jedoch, dass die beiden äußersten Planeten in unserer solaren Nachbarschaft keine mit Wasserstoff und Helium gefüllten Gasriesen sind, sondern „Eisriesen“, die eine große Mischung aus Wasser, Methan, Ammoniak und Kohlendioxid enthalten. [ Fotos von Uranus, der seltsamen geneigten Welt ]

Aktuelle Zahlen von Exoplaneten legen nahe, dass Eisriesen in unserer Galaxie häufiger vorkommen als die größeren Gasriesen.

'Wir würden gerne unsere lokalen Beispiele für diesen gemeinsamen Planetentyp studieren', sagte Hofstadter.

Wenn Sie sich für eines entscheiden müssten, ist Uranus wahrscheinlich das bessere Ziel als Neptun. Es fordert wissenschaftliche Modelle mit seiner einzigartigen Rotation und rätselhaften internen Struktur heraus. Außerdem ist Planet Nummer sieben leichter zu erreichen als Planet Nummer acht.

Hofstadter gehört zu einer Gruppe von Wissenschaftlern, die das Potenzial untersuchen, einen Orbiter zum Uranus zu schicken. Ein besonderer Vorschlag namens Uranus Pathfinder wurde kürzlich von der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) geprüft.

'Sowohl die europäische als auch die amerikanische Seite sind davon überzeugt, dass eher ein Orbiter als ein Vorbeiflug benötigt wird', sagte Chris Arridge vom University College in London, leitender Forscher von Uranus Pathfinder. 'Aber dann schrecken die Kosten hässlich auf.'

Uranus Pathfinder schaffte es im Auswahlverfahren für die nächste Runde der Mittelklasse-Missionen der ESA weit, wurde aber letztendlich abgelehnt.

»Das Projekt ist keineswegs tot«, sagte Arridge. 'Das Interesse wächst, zu Uranus zurückzukehren.'

Eine Ansicht von Uranus im Infrarotlicht, aufgenommen von Hawaii

Eine Ansicht von Uranus im Infrarotlicht, aufgenommen vom Keck-Observatorium auf Hawaii. Der Mond Miranda ist oben links von Uranus und der Mond Puck ist ein schwacher Fleck oben rechts. Die hellen Flecken auf der Scheibe von Uranus sind Wolken.(Bildnachweis: Mike Brown/Caltech)

Einzigartiger Uranus

Geh zurück, in der Tat.

1986 wurde die Raumsonde Voyager 2 mit Uranus geflogen auf dem Weg zum Rand des Sonnensystems. Die zurückgestrahlten Bilder zeigten eine einheitliche blaue Kugel, die im Vergleich zu den satten, farbigen Oberflächen von Jupiter und Saturn fast langweilig wirkte. Aber die gesichtslose Fassade des Uranus verbirgt das seltsamste Innere des Sonnensystems.

Der erste auffallende Aspekt von Uranus ist die Art und Weise, wie er auf die Seite gekippt ist, wobei seine Rotationsachse in der Scheibe des Sonnensystems liegt. Wissenschaftler spekulieren, dass Uranus vor langer Zeit durch eine oder zwei riesige Kollisionen umgeworfen wurde.

Die ungerade Rotationsorientierung kann einen gewissen Einfluss auf die interne Dynamik des Eisriesen haben. Uranus ist der einzige uns bekannte Planet, der nicht durch ein einfaches Dreischichtmodell dargestellt werden kann, das aus einem felsigen Kern, einem wasserreichen Mantel und einer Gasatmosphäre besteht. Im Inneren von Uranus müssen diese verschiedenen Phasen der Materie auf komplexe Weise miteinander vermischt werden.

Um diese innere Struktur zu klären, wollen Hofstadter, Arridge und ihre Kollegen einen Orbiter schicken, um das Gravitationsfeld um Uranus zu kartieren. Darüber hinaus könnten Fernmessungen in Mikrowellen- und Infrarotwellenlängen Details der atmosphärischen Zusammensetzung ausfüllen, wie die Häufigkeiten verschiedener Eisarten.

(Es sollte beachtet werden, dass 'Eis' verwendet wird, um Moleküle wie Wasser und Methan zu beschreiben, die auf der Umlaufbahn von Uranus gefroren würden. Diese Verbindungen befinden sich jedoch wahrscheinlich in den unteren Tiefen des Planeten in einem dichten, flüssigkeitsähnlichen Zustand, wo die Der Druck ist extrem hoch.)

Ein besseres Verständnis der inneren Struktur könnte helfen, das bizarre Magnetfeld des Uranus zu erklären, das in Bezug auf die Rotationsachse um 60 Grad geneigt ist. Dies wäre, als würde der Magnetpol der Erde durch New Orleans gehen.

'Es ist etwas, das wir nicht sehr gut verstehen', sagte Arridge. 'Wenn wir es mit Magnetfeldmessungen genauer untersuchen können, könnten wir etwas darüber lernen, wie Planeten im Allgemeinen Magnetfelder erzeugen.'

Voyager 2 verlässt am 25. Januar 1986 einen sichelförmigen Uranus, hier aus einer Entfernung von 600.000 Meilen gesehen.

Voyager 2 verlässt am 25. Januar 1986 einen sichelförmigen Uranus, hier aus einer Entfernung von 600.000 Meilen gesehen.(Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)

Kälter als kalt

Aufgrund der seltsamen Rotationsorientierung von Uranus sind Winter und Sommer buchstäblich Tag und Nacht auseinander. Während eines Viertels der 84-jährigen Umlaufbahn des Planeten monopolisiert eine Hemisphäre das gesamte Sonnenlicht, während die andere völlig dunkel ist. So sah Voyager 2 Uranus mit seiner Südhalbkugel in voller Sommersonne. Und das könnte der Grund sein, warum der Planet so langweilig aussah.

Neuere Bilder, die während der südlichen Herbstsaison mit Bodenteleskopen aufgenommen wurden, haben entdeckt Wolken und riesige Windstürme mit einer Geschwindigkeit von bis zu 500 mph (805 km/h).

'Uranus ist aktiver, als die Voyager-Bilder andeuten', sagte Hofstadter.

Die Klimaaktivität auf Uranus kann einen ganz anderen Ursprung haben als die bekannten Wettersysteme auf Jupiter und Saturn. Die beeindruckenden Stürme und Wolken, die die Fassaden der Gasriesen schmücken, werden hauptsächlich von der an die Oberfläche aufsteigenden inneren Wärme angetrieben, aber diese Wärmeversorgung fehlt bei Uranus weitgehend. [ Fotos: Mächtigste Stürme des Sonnensystems ]

Wissenschaftler sind neugierig, dies genauer zu untersuchen. Könnte es sein, dass die seltsame innere Struktur des Uranus den Wärmefluss an die Oberfläche kontinuierlich oder saisonal blockiert? Oder wurde die Hitze vielleicht während der vermeintlichen Kollision(en), die den Planeten umstürzten, 'herausgeschleudert'? Eine Orbiter-Mission könnte dem auf den Grund gehen, indem sie Temperaturschwankungen an der Oberfläche misst, die mit dem Wärmetransport zusammenhängen.

Der Mangel an Wärme von unten macht Uranus mit einer Durchschnittstemperatur von minus 371 Grad Fahrenheit (minus 224 Grad Celsius) zum kältesten Planeten im Sonnensystem. (Pluto mag kälter sein, aber es ist kein Planet – falls Sie es noch nicht gehört haben.)

Ironischerweise könnte uns die Thermodynamik auf dem superkalten Uranus etwas über „heiße Jupiter“ sagen, bei denen es sich um Exoplaneten in extrem engen Umlaufbahnen um ihre Wirtssterne handelt. Es wird angenommen, dass die Außentemperatur eines heißen Jupiters durch die einfallende Sternstrahlung gesteuert wird.

'Ebenso könnte Uranus seine gesamte Energie aus Sonnenlicht beziehen', erklärte Hofstadter. [ Galerie: Die seltsamsten außerirdischen Planeten ]

Uranus und seine fünf Hauptmonde sind in dieser Montage von Bildern dargestellt, die von der Raumsonde Voyager 2 aufgenommen wurden. Die Monde, vom größten bis zum kleinsten, wie sie hier erscheinen, sind Ariel, Miranda, Titania, Oberon und Umbriel.

Uranus und seine fünf Hauptmonde sind in dieser Montage von Bildern dargestellt, die von der Raumsonde Voyager 2 aufgenommen wurden. Die Monde, vom größten bis zum kleinsten, wie sie hier erscheinen, sind Ariel, Miranda, Titania, Oberon und Umbriel.(Bildnachweis: NASA/JPL)

Was ist in einem Namen? Was wir Mond nennen

Der Planet ist nicht das einzige, was man besuchen kann. Wissenschaftler interessieren sich auch für die Ringe und Satelliten um Uranus.

Die 27 bekannten Monde sind nicht nach den Göttern und Helden der antiken Mythologie benannt, sondern nach Figuren aus Shakespeares Dramen und den Gedichten von Alexander Pope. [ Video: Uranus und seine 5 größten Monde ]

Voyager 2 sah nur eine Seite dieser Monde, da sie alle wie Uranus mit ihren Polen zur Sonne gedreht waren. Eine Orbiter-Mission würde ein viel vollständigeres Bild der Uran-Satelliten liefern.

'Die Cassini-Mission hat viel über die Saturnmonde enthüllt, und ich denke, eine ebenso reiche Rückkehr erwartet uns auf Uranus', sagte Arridge.

Einer der faszinierendsten Monde ist Miranda. Seine Oberfläche ist von Canyons geprägt, die auf eine intensive geologische Aktivität hindeuten.

'Es sieht so aus, als ob verschiedene Puzzleteile aneinander kleben', sagte Hofstadter.

Der Mond verfügt auch über die höchste Klippe des Sonnensystems, Verona Rupes, die mehr als 5 km abfallend ist.

Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass die beiden größten Monde Titania und Oberon unter ihrer Kruste flüssige Ozeane haben könnten. Nur genauere Beobachtungen können das sicher sagen.

Mit den Monden vermischt sind 13 schmale Ringe , die so schwach sind, dass sie erst 1977 zufällig entdeckt wurden. Die Uranringe unterscheiden sich von den breiten, hellen Ringen des Saturn, so dass sie einen schönen Kontrapunkt beim Versuch bieten, die allgemeine Physik der Ringbildung zu verstehen, sagte Hofstadter.

'Schönes Modell' für Astrobiologie

Obwohl die Chancen, dass Leben irgendwo um Uranus eine Nische findet, unwahrscheinlich sind, interessieren sich Astrobiologen für die Rolle, die Uranus und Neptun bei der Entstehung der terrestrischen Planeten gespielt haben könnten.

Das sogenannte 'Nizza-Modell' (nach der Stadt in Frankreich, in der es zuerst diskutiert wurde) geht davon aus, dass die späte schwere Bombardierung vor etwa 4 Milliarden Jahren durch eine Wanderung von Uranus und Neptun von der Sonne ausgelöst worden sein könnte. So ein Planetenverschiebung könnte Kometen im äußeren Sonnensystem verstreut haben und einige von ihnen auf Kollisionsbahnen mit der Erde und den anderen terrestrischen Planeten gebracht haben.

Wenn das späte schwere Bombardement auf diese Weise entstanden ist, könnte dies erklären, woher ein Großteil unseres Wassers und unserer Atmosphäre gekommen sein könnte.

'Hat die Ankunft dieser eisigen Kometen dazu beigetragen, die Erde bewohnbar zu machen?' Hofstädter wundert sich.

Eine Uranus-Mission könnte das Modell von Nizza testen, indem sie eine Sonde trägt, die in die Atmosphäre von Uranus abgeworfen werden könnte. Die Sonde könnte die Häufigkeit bestimmter Edelgase messen, die Wissenschaftlern sagen können, in welcher Entfernung von der Sonne Uranus gebildet wurde.

Wenn diese Daten besagen, dass Uranus an einer Position näher an der Sonne geboren wurde, als er sich derzeit befindet, würde dies eine frühere Migration unterstützen. Es würde auch helfen zu erklären, warum Uranus und Neptun größer sind, als bestimmte Planetenmodelle vorhersagen.

Die beiden Seiten des Planeten Uranus, wie sie in diesem zusammengesetzten Bild vom Keck-II-Teleskop bei nahen Infrarotwellenlängen betrachtet werden. Die hellen Flecken sind Wolken.

Die beiden Seiten des Planeten Uranus, wie sie in diesem zusammengesetzten Bild vom Keck-II-Teleskop bei nahen Infrarotwellenlängen betrachtet werden. Die hellen Flecken sind Wolken.(Bildnachweis: Lawrence Sromovsky, UW-Madison)

Wohin von hier aus

Der beste Zeitpunkt, um eine Mission zum Uranus zu starten, wäre irgendwann in den frühen 2020er Jahren, wenn die Planetenausrichtung die beste Voraussetzung für eine so lange Reise wäre. Je nach gewählter Antriebstechnik würde die Reise etwa 10 bis 15 Jahre dauern.

Obwohl der Großteil der Technologie bereits vorhanden ist, gibt es laut Arridge Fragen, wie der Orbiter mit Strom versorgt werden kann, wenn er fast 3 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt ist. Sonnenkollektoren müssten eine unhandliche Größe von 400 Quadratmetern haben. Radioaktive Energie ist die Alternative, aber Plutonium wird immer schwerer zu bekommen.

Ein größeres Problem sind die Kosten. Laut Hofstadter, der Hauptautor einer kürzlich durchgeführten Missionsstudie war, liegt die Schätzung für eine Uranus-Mission zwischen 1,5 und 2,7 Milliarden US-Dollar. Mit diesem Preis liegt es im Bereich einer Flaggschiff-Mission, der größten und teuersten Mission in der NASA-Rubrik.

Im März 2011 veröffentlichte der National Research Council seine Vision für die Planetarische Wissenschaft im kommenden Jahrzehnt 2013-2022. Dieser dekadische Survey ordnete die Prioritäten für Flaggschiff-Missionen ein und vergab die beiden Spitzenplätze an eine Mars-Probenrückkehrmission (MAX-C) und einen Jupiter Europa Orbiter (JEO). Als dritthöchste Priorität wählte der Survey den „Uranus Orbiter with Probe“.

Ende Juli reagierte die NASA auf die Empfehlungen des Decadal Survey. Es gab Einigkeit über die Priorisierung von Flaggschiff-Missionen, aber angesichts der aktuellen fiskalischen Herausforderungen 'ist es unwahrscheinlich, dass die NASA die Empfehlung der Umfrage umsetzen kann, in diesem Jahrzehnt zusammen mit MAX-C und JEO die Mission Uranus Orbiter with Probe zu starten', lautet die Antwort lesen. Die NASA wird weiterhin eine Uranus-Mission für die Zukunft untersuchen.

Es sei die Rede von einer Zusammenarbeit zwischen NASA und ESA, um ihre Ressourcen zu bündeln, sagte Hofstadter. Wenn nicht in diesem Jahrzehnt, dann vielleicht im nächsten. Uranus wird warten, selbst wenn erdgebundene Wissenschaftler damit Schwierigkeiten haben.

'Ich bin 48 Jahre alt, also tickt die Uhr', sagte Hofstadter.

Diese Geschichte wird in Zusammenarbeit mit . präsentiert Astrobiologie-Magazin , eine von der NASA gesponserte webbasierte Veröffentlichung Astrobiologie-Programm . Folgen Sie demokratija.eu, um auf Twitter die neuesten Nachrichten aus den Bereichen Weltraumforschung und -forschung zu erhalten @spacedotcom und weiter Facebook .