Är det dags att gå tillbaka till Neptunus och dess måne Triton? Det kan vara. Vi har trots allt en del oavslutade ärenden där.
Det har gått 30 år sedan NASA:s rymdfarkost Voyager 2 flög förbi gasjätten och dess största måne, och den förbiflygningen ställde fler frågor än den besvarade. Kanske kommer vi att få några svar 2038, när positionerna Jupiter, Neptunus och Triton kommer att vara helt rätt för ett uppdrag.
NASA överväger över nästa uppdrag i sin Upptäcksprogram , vilket begränsar det till fyra möjligheter: ett uppdrag att studera Venus atmosfär, ett för att observera vulkanisk aktivitet på Jupiters måne Io, ett för att kartlägga Venus yta och studera dess geologi, och ett för att utforska Neptunus måne Triton.
Det konceptuella uppdraget att Triton kallas Trident och tävlar med de tre andra om att bli ett fullfjädrat uppdrag.
'Triton har alltid varit en av de mest spännande och spännande kropparna i solsystemet.'
Louise Prockter, direktör, Lunar and Planetary Institute
Neptunus är en sällan besökt planet. Faktum är att bara en rymdfarkost någonsin har besökt. Reser 2 flög förbi Neptunus 1989 och gav oss några lockande glimtar av dess märkliga måne Triton.
'Triton har alltid varit en av de mest spännande och spännande kropparna i solsystemet', säger Louise Prockter, chef för Lunar and Planetary Institute/Universities Space Research Association i Houston. Som huvudutredare skulle Prockter leda det föreslagna Trident-uppdraget. 'Jag har alltid älskat Voyager 2-bilderna och deras lockande glimtar av denna bisarra, galna måne som ingen förstår', tillade Prockter i en pressmeddelande .
Global Color Mosaic of Triton, tagen av Voyager 2 1989. Kredit: NASA/JPL/USGS
Trident-uppdraget skulle starta 2026 och dra fördel av en sällsynt och effektiv anpassning mellan Jupiter, Neptunus och Triton 2038. Det skulle hjälpa gravitationen att flyga förbi Jorden, Venus och Jupiter innan den fortsatte till Neptunus. Alla dessa förbiflygningar kommer att hjälpa till att driva rymdfarkosten mot sitt mål. Sedan skulle den utföra en förbiflygning av Neptunus, och sedan en förbiflygning av Triton. Tyvärr inkluderar uppdragsprofilen inga orbiters eller landare.
Rymdfarkostens unika väg skulle innebära att även med endast en förbiflygning av Triton, skulle den nästan helt kunna kartlägga månens yta. Den skulle också kunna flyga inom 500 km (310 miles) från ytan, rakt igenom Tritons tunna atmosfär.
'Uppdragsdesignerna och navigatörerna är så bra på detta', säger JPL:s William Frazier, projektsystemingenjör på Trident. 'Efter 13 års flygning genom solsystemet kan vi med tillförsikt skumma den övre kanten av Tritons atmosfär – vilket är ganska häpnadsväckande.'
Triton är den överlägset största av Neptunus månar. Det är i en motrotation med Neptunus och är med största sannolikhet ett infångat Kuiperbältsobjekt snarare än en in-situ-måne. Neptunus yttre måne Neried är på en mycket elliptisk bana och visas inte. Bildkredit: NASA / ESA / A. Feild, STScI
Triton har en handfull konstiga egenskaper som ber om förklaringar.
När Voyager 2 gick förbi Triton 1989 upptäckte den några saker som väckte vår nyfikenhet. Det var utbrott av kvävgas och damm som nådde upp till 8 km (5 miles) högt. Endast ett fåtal nedslagskratrar var synliga och ytan hade återuppstått om och om igen. Det fanns åsar, fåror, hällar, slätter och platåer, men inga ytvariationer på över 1 km.
Tritons yta är mycket robust, ärrad av stigande isblommor, förkastningar och vulkaniska gropar och lavaflöden som består av vatten och annan is. Ytan är också extremt ung och gles kraterad, och skulle kunna vara geologiskt aktiv idag. Den här Voyager-bilden visar månens 'cantaloupe-terräng'. Denna scen är i storleksordningen 150 meter (500 fot) över. Vertikal lättnad har överdrivits med en faktor 25 för att underlätta tolkningen. Bildkredit: NASA/JPL/Universities Space Research Association/Lunar & Planetary Institute
'Triton är konstigt, men ändå relevant, på grund av den vetenskap vi kan göra där,' sa Karl Mitchell Trident-projektforskare vid JPL. 'Vi vet att ytan har alla dessa egenskaper som vi aldrig har sett förut, vilket motiverar oss att vilja veta 'Hur fungerar den här världen?'
Tre korniga bilder av Tritons yta från Voyager 2. Det här är en tidssekvens av bild tagen med 45 minuters mellanrum, från topp till botten. De visar en mörk gejserliknande plym av material som når en höjd av 8 km (5 mi) över ytan. Molnet av material driver nedåt åt höger i cirka 150 km (100 miles) och ser ut att bli tätare i varje bild. Bildkredit: NASA/JPL
Forskare har också satt ihop det inre av Triton, även om det finns mycket som kräver bekräftelse och mycket de fortfarande inte känner till. Det är troligen en differentierad kropp, vilket betyder att den har en skorpa, en mantel och en kärna. Men manteln är förmodligen flytande vatten, och det finns sannolikt tillräckligt med radioaktivt material i Tritons kärna för att hålla vattnet varmt. Det finns bevis för att stödja allt detta, men ett uppdrag skulle klargöra en del av det och förhoppningsvis svara på några andra frågor.
Det finns mer konstigheter när det kommer till Triton. Den är i en retrogradig bana med Neptunus, vilket betyder att den kretsar i motsatt riktning mot Neptunus rotation. Det är den enda stora månen i solsystemet som gör det. Den enda förklaringen till dess motrotation är att det är en fångad Kuiperbältsobjekt snarare än en in-situ måne. Den är också kraftigt lutad i förhållande till Neptunus, förskjuten med 23 grader.
Den här Voyager 2-bilden visar en närbild av en framträdande kedja av vulkaniska särdrag omgiven av släta vulkaniska slätter som bildas av lavor eller askavlagringar av vatten eller annan is, som metan eller ammoniak. De mindre groparna och kupolerna är vanligtvis 10 kilometer (6 miles) över och har en relief på högst några hundra meter (flera hundra fot). De stora fördjupningarna längst till vänster och till höger i kedjan är 50 till 80 kilometer (31 till 50 miles) i diameter. Bildkredit: NASA/JPL/Universities Space Research Association/Lunar & Planetary Institute
Och så är det atmosfären. Triton har en mycket tunn kväveatmosfär , med endast spårmängder av kolmonoxid och metan. Forskare tror att atmosfären kommer från kväveis som smälter från ytan, som är täckt av ett tunt lager av glödgat fruset kväve. Och månens jonosfär är fylld med laddade partiklar och är 10 gånger mer aktiv än någon annan måne.
Ett nytt förslag på Discovery-uppdrag, Trident skulle utforska Neptunus största måne, Triton, som potentiellt är en havsvärld med flytande vatten under sin isiga skorpa. Trident strävar efter att svara på frågorna som beskrivs i den grafiska illustrationen ovan. Kredit: NASA/JPL-Caltech
Den aktiva jonosfären är en av Tritons mest mystiska egenskaper. Normalt drivs den aktiviteten av solen. Men Triton är så långt borta från solen – 30 gånger längre bort än jorden är – att något annat måste driva all den aktiviteten.
Problemet är att vi vet allt detta från Voyager 2:s enda förbiflygning, från ett avstånd av 40 000 km (25 000 miles) från Triton. Vi behöver en närmare titt för att lära oss mer om denna märkliga, fångade måne.
I sitt arbete har NASA identifierat ett antal prioriterade frågor på högsta nivå som vägleder deras val av uppdrag. Det här är några av de frågor som prioriteras av NASA Outer Planets Assessment Group :
- Vilken är livets fördelning och historia i solsystemet?
- Vad är ursprunget, utvecklingen och strukturen för planetsystem?
- Vilka nuvarande processer formar planetsystem, och hur skapar dessa processer olika resultat inom och över olika världar?
En stor drivkraft för all denna utforskande önskan är centrerad kring vatten och Tritons potentiella flytande vattenmantel.
NASA:s Outer Planets Assessment Group har en specifik uppsättning frågor som handlar om vatten, havsvärldar och den roll de spelar:
- Vad styr havsvärldarnas beboelighet?
- Har havsvärldar liv nu, eller gjorde de det förr?
- Vilken roll spelade jätteplaneterna i uppkomsten av liv på jorden eller någon annanstans i solsystemet?
Det finns andra misstänkta havsmånar i solsystemet, som Europa, Ganymedes och Enceladus. Men Triton är mycket längre från solen än de andra månarna, och till skillnad från dessa månar utvecklades Tritons hav under ytan troligen efter att Neptunus fångade det. Hur fungerade den processen?
På bilden här är Europa, Ganymedes och Enceladus, tre månar i vårt solsystem med misstänkta hav under ytan. Det finns många frågor om deras beboelighet. Bildkredit: NASA/JPL
'Som vi sa till NASA i vårt uppdragsförslag är Triton inte bara en nyckel till solsystemsvetenskap - det är en hel nyckelring: ett fångat Kuiperbält-objekt som utvecklats, en potentiell havsvärld med aktiva plymer, en energisk jonosfär och en ung , unik yta, säger Trident-projektets forskare Karl Mitchell.
Trident-uppdraget kan inte svara på alla dessa frågor på en gång. Men det kan haka på dem. Instrumenten som utgör den vetenskapliga nyttolasten kommer att väljas ut för att främja vår förståelse av Triton på några få fronter, inte bara vattenaspekten.
I Tridents fall kräver det nuvarande konceptet kameror, två spektrometrar, en magnetometer och ett radiovetenskapligt experiment. En infraröd spektrometer skulle kartlägga ytan, en plasmaspektrometer skulle undersöka atmosfären, särskilt Tritons aktiva jonosfär, och magnetometern skulle detektera alla hav under ytan.
Trident skulle använda sin fullformatskamera för att fånga samma plymer som Voyager 2 avbildade, men i full 'Neptune-shine', när solens reflekterade ljus kommer att lysa upp Tritons mörka sida. Forskare kan observera förändringar sedan det senaste besöket och lära sig mer om hur aktiv Triton är.
Det har föreslagits många uppdrag till Neptunus och Triton under åren. Inklusive Uranus och dess månar, paret isjättar och deras satelliter representerar den enda klass av planeter som vi inte har utforskat i vårt solsystem. Och att utforska dem kommer inte bara att svara på frågor om vårt eget system. Den vanligaste typen av exoplanet som hittills upptäckts är Neptunusliknande planeter. Så vad vi än lär oss om Triton, kommer en del av det att sträcka sig till vår förståelse av exoplaneter.
ESA har övervägt ett uppdrag till både vårt solsystems isjättar och deras månar. Isgiganternas atmosfärer formas av dynamiska, kemiska och strålningsprocesser som inte finns någon annanstans i vårt solsystem. Tritons märkliga egenskaper gör att den sticker ut från sina kamrater. Bilderna A & C är representationer i falska färger av Voyager 2-observationer av Uranus respektive Neptunus. Bilder B och D förvärvades av rymdteleskopet Hubble 2018. Bildkredit: Fletcher et al, 2020.
Triton-uppdraget är bara ett koncept vid denna tidpunkt. Och det tävlar med tre andra uppdrag för urval. Till sommaren 2021 kommer NASA att ha begränsat valet till två finalister, eller möjligen en vinnare.
Tritons ovanliga egenskaper har mycket att lära oss om solsystemets utveckling, om vatten, beboelighet och potentialen för liv i det yttre solsystemet, långt från solen. Från vårt stora avstånd tvingas vi gissa och undra över denna märkliga måne, och att blanda och blanda om våra få, lockande bilder av den.
Men vi vill ha fler svar. Och det enda sättet att få riktiga svar är att gå.
Mer:
- Pressmeddelande: Föreslaget NASA-uppdrag skulle besöka Neptunes Curious Moon Triton
- Pressmeddelande: NASA väljer ut fyra möjliga uppdrag för att studera solsystemets hemligheter
- Universum idag: Neptunus måne Triton
- NASA Outer Planets Assessment Group: UTFORSKNINGSSTRATEGI FÖR DE YTTRE PLANETET 2023-2032: Mål och prioriteringar