U naučnoj zajednici postoji određeni konsenzus da sledeća Nasina skupa misija – klase 'Flagship' – mora da cilja ili na Veneru, ili na Uran i Neptun (Mars ima sopstveni nezavisni istraživački program). Istraživanje Venere je moguće pomoću misija tipa 'Discovery' ili 'New Frontiers', koje su jednostavnije i jeftinije, ali kvalitetno istraživanje ledenih divova praktično je nemoguće ukoliko ne bude uključena složena i napredna sonda. Na zahtev američkog Kongresa, NASA je 2015. započela proučavanje mogućnosti slanja misije na Uran i Neptun otprilike oko 2030. godine, o čemu sam krajem prošle godine napisao veliku seriju priča. Nažalost, priroda se urotila ne bi li ovu misiju učinila sve sem jednostavnom.
Neptun ili Uran? Uran ili Neptun? Ili oboje?
Glavni problem nije samo što je skuplje, nego je tehnički i mnogo složenije posetiti dva džinovske planete jednom sondom. Izuzetno poravnavanje planeta iz vremena 'Voyagera' je daleka prošlost, i gotovo je nemoguće izvršiti misiju preletanja iznad obe planete jednim brodom. Naravno (a kako bi drugačije), naučna zajednica zahteva orbiter, odnosno sondu koja bi ostala da kruži oko planete kako bi mogla detaljno da je prouči. Naravno, idealno bi bilo poslati dve sonde, ali to je daleko komplikovanije i skuplje od jedne. Alternativa je poslati jedan orbiter na jedan od dva sveta, ali koji odabrati?
Karakteristike sistema Urana i Neptuna.
Nakon posete 'Voyagera 2' Uranu i Neptunu 1986. i 1989. godine, uvrežilo se mišljenje da je Uran mnogo 'dosadniji' od Neptuna, stoga su gotovo svi predlozi misija do pre nekoliko godina planirali proučavanje dalje planete Sunčevog sistema. No promatranja zemaljskim teleskopima i kosmičkim teleskopom 'Hubble' pokazala su da Uran ima vrlo aktivnu atmosferu. Pored toga, sateliti Uran čine najmanje poznati satelitski sistem čitavog Sunčevog sistema. Kao dodatak, Uran je mnogo bliži od Neptuna[1], tako da je vreme leta do ove planete mnogo kraće nego što je potrebno da se dosegne Neptun, što je značajna prednost prilikom planiranja misije ovog tipa.
Karakteristike Urana (levo) i Neptuna.
Iz tog razloga, većina misija predloženih u poslednjih nekoliko godina je ukazivala na važnost proučavanja oba ledena džina. Međutim, Pluton je tokom posete sonde 'New Horizons' 2015. otkrio ogromnu složenost i probudio zanimanje za proučavanje ostalih tela Kuiperovog pojasa. A upravo je Neptunov najveći mesec Triton zarobljeni objekat Kajperovog pojasa. Prema teorijskim modelima, Pluton i Triton bi mogli da imaju podzemne vodene okeana (ili bolje rečeno, vodene plaštove). Zbog toga je prema Nasinim smernicama Triton počeo da se smatra za kandidata za 'okeanski svet' i stoga je Neptunovo istraživanje dobilo prioritet u odnosu na Uran. S druge strane, optimalni lansirni prozor za Uran se zatvara 2029. godine, dok će se Neptunov otvoriti 2031. i 2032. Ako se ovi lansirni prozori ne iskoriste, trebalo bi za sledeće pričekati do sredine 40-ih.
Mogući modeli unutrašnjosti Urana i Neptuna.
Moguća građa ledenih džinova.
Kakav je trenutni scenario? U Londonu je ovih dana održan kongres 'Icy Giants Systems 2020' i upravo je jedno od pitanja koja je postavljeno tamo je bilo kojem sistemu treba dati prednost. Za to je ključno razmotriti egzoplanetnu perspektivu. Ledeni divovi su, uz super-Zemlje, najzastupljeniji tip vansolarnih planeta, pa interes za njihovo istraživanje nije ograničen samo na bolje poznavanje Sunčevog sistema, već su oni ključni delovi za razumijevanje većine planetarnih sistema oko druge zvezde U tom smislu, najrazumnije bi bilo proučiti jednog 'standardnog' ledenog džina. Ali kojeg od ova dva? Odgovor je: ne znamo. Uprkos očiglednim sličnostima, dva su sveta vrlo različita, čak i ako ne uzimamo u razmatranje njihove mesece. Uran je divovska planeta sa unutrašnjošću koji stvara manje topline, dok Neptun ima moćniji izvor unutarnje toplote[2], dihotomiju koja se ogleda u atmosferskoj aktivnosti.
Četiri glavne opcije za proučavanje Urana i Neptuna koje je NASA predložila u svojoj preliminarnoj studiji 2016. S leva: Neptunov orbiter s atmosferskom sondom i jonskim stepenom SEP, Uranova sonda s atmosferskom sondom, Uranov orbiter s atmosferskom sondom i Uranov orbiter bez atmosferske sonde.
Moguće je da je ta osobenost Urana nastala usled brutalnog (s)udara ogromne protoplanete u vreme formiranja Sunčevog sistema, što bi moglo da posluži i kao objašnjenje današnjeg nagiba ose rotacije planete i ravni satelita od 98°. Ako je to slučaj, onda je Neptun referentni ledeni džin, a Uran 'izuzetak'. Međutim, nismo sigurni da je ovaj scenarijo tačan. Da budemo iskreni, o ovim planetima ne znamo gotovo ništa. Naprimjer, nismo sigurni ni da su uistinu 'ledeni džinovi'. Neki modeli sugerišu da bi udeo leda u njima vrlo nizak, gotovo kao u Plutonu, i da bi, dakle, pre mogli da budu 'kameni džinovi'.
Uran (gornje red) i Neptun.
Zaključak? Moramo da proučimo obe planeta kako bi smo eliminisali sumnje. Ali ne da ih proučavamo 'plitko', već bi trebali da pošaljemo orbitere oko oba sveta. Svaki bi brod morao da bude opremljen atmosferskom sondom, jer naučna zajednica smatra da je prioritet izmeriti proporcije izotopa određenih elemenata – posebno inertnih gasova – da bi se rekonstruirala istorija ovih planeta. Te sonde bi stvorile i vertikalni profil atmosferskog pritiska i temperature do pritiska od 5 do 10 bara, što bi nam pružilo priliku da prepoznamo različite modele planetnih formiranja.
Uran kako ga je video Keckov teleskop 2004.
Najnoviji predlozi sondi za izučavanje Urana i Neptuna vraćaju koncept aerohvatanja u modu, ideju koja bi uštedela ogromnu količinu goriva. Te se uštede bi mogle da se iskoriste za povećanje težine naučne opreme, poput atmosferske sonde. U zavisnosti od mase sonde i rakete, vreme leta do Urana, u prozorima za lansiranje od 2024, iznosi od 6 do 12 godina, dok za Neptun od 8 do 13 godina. Ta bi vremena mogla da se postignu zahvaljujući upotrebi gravitacionih manevara. Naprimer, neke trajektorije uključuju prelete pored Venere, Zemlje, Marsa i Jupitera. Pored toga, vreme se može još više smanjiti primenom stepeni sa električnim pogonom (SEP) sa ionskim ili plazmenim motorima.
Primer trajektorije aerohvatanja u slučaju Urana.
Koncept atmosferske sonde za proučavanje Urana i Neptuna.
Predlog koji je na pomenutom kongresu 'Icy Giants System' pokrenuo John Elliott (JPL), sastoji se od dve sonde koje bi trebale da polete u februaru 2031. godine jednom Nasinom raketom 'SLS'. Dve sonde bi proletele pored Jupitera 2032. i razdvojile se. Sonda za Neptun bi trebala da stignr u septembru 2044, dok bi sonda za Uran koristila SEP stepen do šeste astronomske jedinice kako bi ubrzala svoje putovanje i stigla do Urana u aprilu 2042. Evropska kosmička agencija (ESA) je zainteresovana za sudelovanje u misiji za Uran i Neptun. ESA bi mogao da upravlja naučnim instrumentima ili atmosferskim subsondama, mada se ne planira mogućnost izgradnje nijedne sonde, barem ne pre 2040.
Predlog misije JPL sa dve sonde koje bi lansirala jedna 'SLS' raketa
(https://twitter.com/hbhammel).
NASA još nije donijela odluku u vezi 'Flagship' misijom na Uran i Neptun. Broj fascinantnih ciljeva u Sunčevom sistemu koji zahtevaju pažnju ne prestaje da raste: Venera, Enceladus, Titan itd. Ali je nemoguće da imamo pregled Sunčevog sistema a da ne znamo gotovo ništa o polovini džinovskih planeta koji se okreću oko Sunca, planeta koji su ujedno i predstavnici neverojatno čestih tipova svetova u Galaksiji.
Uran kojeg je 'Voyager 2' snimio 25. januara 1986. nakon sastanka. Nemoguće je ovakvu perspektivu dobiti sa Zemlje. (NASA / JPL).
[1] U našoj knjizi 'Velika otkrića i pronalasci...' lepo piše: 'Osma i ujedno najudaljenija planeta solarnog sistema je Neptun – skoro je 50% udaljeniji od Sunca od Urana... Manji je od njega ali ima veću masu, te je po tom pitanju treća planeta sistema'.
[2] Uran zrači10% više energije nego što je prima od Sunca, dok Neptun zrači 260% više nego što prima. Niko ne shvata ove mehanizme...
, 
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
