天王星(左)及海王星(右)(圖:NASA)

航海家 2 號(Voyager 2)是人類歷史上唯一一艘曾造訪過號稱「冰巨行星」的海王星和天王星的太空船,但這段歷史可能在接下來的十年內有重大進展。美國太空總署 NASA 正考慮將一個軌道探測器運送到這些行星,以進行相關的科學研究。

NASA 的研究計畫

本月,NASA 發表了一份名為「冰巨行星十年前期研究」的報告,並計劃於 2024 年到 2037 年間,在海王星或天王星執行探測任務,該任務的預算約為 20 億美元。

該研究的摘要聲稱:「探索至少一個冰巨行星系統,對於促進人類對太陽系和太陽系外行星系統的認識,以及人類對星球形成和演化的理解至關重要」。

四種任務方案                             

NASA 已經提出四種可能的任務方案:方案一是攜帶大氣探測器的海王星軌道探測器;方案二是裝設探測器的天王星軌道探測器;方案三是未裝設探測器的天王星純軌道探測器;方案四是拍攝星球及其衛星,並攜帶大氣探測器的天王星飛行探測器。

這些軌道探測器將會另外攜帶三種儀器:窄角相機、都卜勒成像儀、和磁力儀。未裝設探測器的天王星純軌道探測器內則會裝設 15 套儀器裝置,這些裝置無須借助探測器就能分析天王星的空氣成分,以此對天王星進行更廣泛的科學研究。

四個不同的任務方案(圖:NASA)

這些軌道探測器將會圍繞行星持續飛行 10 至 15 年,並由使用鈽 238 為動力的放射性同位素熱電機(RTG)提供電力來源。

從地球到天王星的航行時間為 11 年,到海王星的航行時間則長達 15 年。雖然距離相當遙遠,不過要航行到天王星或海王星,可以藉由木星的重力為輔助,以減少太空船所需的燃料量。考慮到木星的因素,天王星任務的最佳發射時機是 2030 年到 2034 年,海王星任務則是 2029 年到 2030 年,如果錯過了這段時間,可能要等到 2041 年才會有合適的發射時間。

研究目標

該計畫的科學研究有許多目標,包括研究行星的結構,以及針對行星的大氣氣候進行監測。NASA 還將嘗試研究行星周圍的環狀系統,繪製主要與次要衛星的地表,並監測行星與太陽風之間的互動。

另外,科學家對海王星最大的衛星海衛一(Triton)特別感興趣,因為這顆衛星可能是在太陽系外部形成的。與海衛一相似的星球在宇宙中似乎相當常見,因此研究海衛一將有助於科學家對與海王星相似的星球如何形成與發展有更多的了解。

受到經費的限制,NASA 只能選擇海王星和天王星其中一個行星執行探測任務,因此這些任務的提案科學家都極力推動他們的計畫,以期許能獲得 NASA 的經費資助。

 

參考資料:

  1. Hofstdater, M., Simon, A., Reh, K., Elliot, J. (2017). Ice Giants Pre-Decadal Study Final Report. NASA.
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