ใน 30 ปีภารกิจสำรวจอวกาศที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ไปยังเนปจูนและดวงจันทร์อาจเริ่มเปิดเผยความลับที่เข้าใจยากที่สุดของระบบสุริยะของเราเกี่ยวกับการก่อตัวของดาวเคราะห์ - และเพิ่งค้นพบเมื่อไม่นานมานี้ที่พัฒนาขึ้นรอบดาวฤกษ์ดวงอื่น
วิสัยทัศน์แห่งอนาคตนี้เป็นจุดสนใจของการศึกษาการวางแผน 12 เดือนดำเนินการโดยทีมผู้เชี่ยวชาญที่หลากหลายนำโดยระบบดาวเทียมโบอิ้งและได้รับทุนจากองค์การนาซ่า เป็นหนึ่งในการศึกษา“ Mission Mission” 15 ข้อที่มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาแนวคิดในแผนการสำรวจอวกาศระยะยาวของสหรัฐอเมริกา สมาชิกในทีมเนปจูนและนักวิทยาศาสตร์วิทยุศาสตราจารย์ Paul Steffes จากคณะวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ของ Georgia Institute of Technology เรียกภารกิจนี้ว่า "การสำรวจอวกาศลึกขั้นสูงสุด"
NASA ได้บินไปยังดาวพฤหัสและดาวเสาร์อย่างกว้างขวางเรียกว่า "ก๊าซยักษ์" เพราะพวกมันประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นส่วนใหญ่ ภายในปี 2555 การสืบสวนเหล่านี้จะให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของดาวเคราะห์เหล่านี้ ไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับเนปจูนและดาวยูเรนัส - "ยักษ์น้ำแข็ง"
“ เนื่องจากพวกมันอยู่ไกลออกไปมากกว่าดาวเนปจูนและดาวยูเรนัสจึงเป็นตัวแทนของบางสิ่งที่มีต้นฉบับมากกว่า - เพื่อใช้ 'Carl Saganism' - 'สิ่งที่เป็นพลังงานแสงอาทิตย์' หรือเนบิวลาที่ควบแน่นกลายเป็นดาวเคราะห์ “ เนปจูนเป็นดาวเคราะห์ดิบ มันได้รับอิทธิพลจากวัสดุใกล้ดวงอาทิตย์น้อยกว่าและมีการชนกับดาวหางและดาวเคราะห์น้อยน้อยกว่า มันเป็นตัวแทนของระบบสุริยะดั้งเดิมมากกว่าดาวพฤหัสหรือดาวเสาร์”
นอกจากนี้เนื่องจากดาวเนปจูนเย็นมากโครงสร้างของมันจึงแตกต่างจากดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ ภารกิจในการตรวจสอบต้นกำเนิดและโครงสร้างของดาวเนปจูนซึ่งคาดว่าจะเปิดตัวระหว่างปี 2559 ถึงปี 2561 และมาถึงประมาณปี 2578 จะช่วยเพิ่มความเข้าใจของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการก่อตัวดาวเคราะห์ที่หลากหลายในระบบสุริยะของเรา
ทีมภารกิจยังสนใจสำรวจดวงจันทร์ของเนปจูนโดยเฉพาะไทรทันซึ่งนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์เชื่อว่าเป็นวัตถุแถบไคเปอร์ ลูกบอลน้ำแข็งดังกล่าวเป็นดาวเคราะห์ขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 1,000 กิโลเมตรและมักพบได้ในพื้นที่นอกสุดของระบบสุริยะของเรา จากการศึกษาจนถึงปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าไทรทันไม่ได้เกิดจากวัสดุของดาวเนปจูนเช่นดวงจันทร์ส่วนใหญ่ที่โคจรรอบดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเรา ทริตันน่าจะเป็นวัตถุแถบไคเปอร์ที่ถูกดึงเข้าสู่วงโคจรของเนปจูนโดยไม่ได้ตั้งใจ
“ ไทรทันก่อตัวขึ้นในอวกาศ” สเตฟฟีกล่าว “ มันไม่ได้เป็นญาติสนิทของเนปจูน มันเป็นลูกบุญธรรมหรือไม่ เราเชื่อว่าวัตถุแถบไคเปอร์เช่นไทรทันเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาระบบสุริยะของเราดังนั้นจึงมีความสนใจอย่างมากในการเยี่ยมชมไทรทัน”
แม้ว่าพวกเขาจะต้องเผชิญกับความท้าทายด้านเทคนิคจำนวนมากรวมถึงการออกแบบการสอบสวนรายการและการสื่อสารโทรคมนาคมและการพัฒนาเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ทีมงานเนปจูนวิชั่นได้พัฒนาแผนเริ่มต้น สมาชิกในทีมรวมถึงสเตฟฟีได้นำเสนอการประชุมทางวิทยาศาสตร์ครั้งนี้เพื่อสนับสนุนข้อเสนอแนะจากผู้เชี่ยวชาญคนอื่น ๆ ในวันที่ 17 ธันวาคมพวกเขาจะนำเสนออีกครั้งในการประชุมประจำปีของสหภาพธรณีฟิสิกส์แห่งสหรัฐอเมริกา คำแนะนำสุดท้ายของพวกเขาคือนาซ่าในเดือนกรกฎาคม 2548
แผนดังกล่าวขึ้นอยู่กับความพร้อมของเทคโนโลยีการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้านิวเคลียร์ภายใต้การพัฒนาในโครงการ Prometheus ของนาซ่า จรวดเคมีแบบดั้งเดิมจะส่งยานอวกาศออกจากวงโคจรโลก จากนั้นระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ฟิชชันขนาดเล็กซึ่งเป็นเทคโนโลยีประเภทเรือดำน้ำที่ได้รับการดัดแปลงจะขับเคลื่อนยานอวกาศไปยังเป้าหมายที่อยู่ในห้วงอวกาศ ระบบขับเคลื่อนจะสร้างแรงขับด้วยการขับอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าออกมาเรียกว่าไอออนจากเครื่องยนต์
เนื่องจากยานอวกาศขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ขนาดใหญ่สามารถบรรทุกและใช้พลังงานได้ภารกิจของเนปจูนจึงให้คำมั่นสัญญาที่ยอดเยี่ยมสำหรับการค้นพบทางวิทยาศาสตร์สเตฟเฟสกล่าว
ภารกิจจะใช้เซ็นเซอร์ไฟฟ้าและออปติคัลบนยานอวกาศและยานสำรวจสามเครื่องเพื่อตรวจจับธรรมชาติของบรรยากาศของดาวเนปจูนสเตฟเฟสผู้เชี่ยวชาญในการตรวจจับคลื่นวิทยุจากระยะไกลของบรรยากาศดาวเคราะห์กล่าว โดยเฉพาะภารกิจจะรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับอัตราส่วนธาตุในบรรยากาศของดาวเนปจูนที่สัมพันธ์กับไฮโดรเจนและอัตราส่วนไอโซโทปที่สำคัญตลอดจนแรงโน้มถ่วงของโลกและสนามแม่เหล็ก มันจะตรวจสอบพลวัตการไหลเวียนของบรรยากาศโลกอุตุนิยมวิทยาและเคมี บนไทรทันสองแลนเดอร์จะรวบรวมข้อมูลบรรยากาศและธรณีเคมีใกล้กีย์เซอร์บนพื้นผิว
โพรบสามรายการของภารกิจจะถูกทิ้งลงในชั้นบรรยากาศของเนปจูนที่ละติจูดสามเส้นที่แตกต่างกัน - เขตเส้นศูนย์สูตรพื้นที่กึ่งกลางละติจูดและภูมิภาคขั้วโลก ผู้ออกแบบภารกิจต้องเผชิญกับความท้าทายในการส่งข้อมูลจากโพรบผ่านบรรยากาศการดูดซับคลื่นวิทยุของเนปจูน ห้องทดลองของ Steffes ที่ Georgia Tech ได้ทำการวิจัยอย่างกว้างขวางและได้รับความเข้าใจอย่างถ่องแท้ว่าจะแก้ไขปัญหานี้อย่างไร
ทีมภารกิจยังคงหารือกันว่าควรนำโพรบเข้าไปในชั้นบรรยากาศของเนปจูนได้ลึกเพียงใดเพื่อรับข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ที่มีความหมาย “ หากเราเลือกสัญญาณวิทยุที่มีความถี่ต่ำพอเราสามารถลงสู่ชั้นบรรยากาศโลก 500 ถึง 1,000 ซึ่งก็คือความดัน 7,500 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว (PSI)” สเตฟฟอธิบาย “ แรงกดดันนั้นคล้ายกับสิ่งที่เรือดำน้ำมีประสบการณ์ในมหาสมุทรลึก”
อย่างไรก็ตามความลึกดังกล่าวอาจไม่จำเป็นต้องใช้ตามแบบจำลองบรรยากาศของทีมภารกิจ, Steffes กล่าว โพรบจะสามารถรับข้อมูลส่วนใหญ่ได้เพียง 100 ชั้นบรรยากาศของโลกหรือ 1,500 PSI
แหล่งต้นฉบับ: Georgia Tech News Release
