Die Mission New Horizons der NASA hat uns viel über Pluto, den Eiszwergplaneten, gelehrt. Aber die Raumsonde raste so schnell an Pluto vorbei, dass wir nur hochauflösende Bilder von einer Seite des Planeten erhielten, der sogenannten „Begegnungsseite“. New Horizons hat uns einen großen Erkenntnissprung verschafft, aber in gewisser Weise hat es mehr Fragen gestellt als beantwortet.
Der nächste Schritt ist eindeutig ein Orbiter, und jetzt beginnt die NASA ernsthaft darüber nachzudenken.
Die NASA hat die . gegeben Südwestforschungsinstitut (SwRI) Förderung, um mit der Entwicklung der Idee zu beginnen. Das SwRI hat die Aufgabe, „die wichtigen Eigenschaften, die Durchführbarkeit und die Kosten einer möglichen zukünftigen Pluto-Orbiter-Mission“ zu untersuchen.
New Horizons hat viele hochauflösende Bilder der nahen Seite oder der Begegnungsseite aufgenommen. Aber Bilder von der anderen Seite haben eine viel geringere Auflösung, weil die Raumsonde so schnell vorbeirast. Bild: NASA/JPL/New Horizons
Es ist alles andere als sicher. Diese Studie ist eine von 10, die von der NASA im Vorfeld der nächsten genehmigt wurden Dekadische Umfrage zur Planetenwissenschaft . Die Studie wird Designanforderungen für einen Orbiter und seine Nutzlast entwickeln, einige vorläufige Kostenschätzungen vornehmen und Risiken für neue Technologien bewerten, die für die Mission benötigt werden. Die Ergebnisse dieser Studie werden an die Planetary Decadal Study der National Academy geliefert, die 2020 beginnt.
New Horizons besuchte Pluto, bevor es tiefer in den Kuipergürtel vordrang und 2014 MU69 besuchte, ein Kuipergürtelobjekt (KBO), auch bekannt als Ultima Thule . Die Raumsonde kann sogar ein drittes KBO besuchen. Der vorgeschlagene Pluto-Orbiter würde einen ähnlichen Weg einschlagen.
Ein globales Mosaik von Pluto. Die Mitte des Bildes ist Plutos Begegnungsseite, auf der New Horizons im Vorbeifahren hohe Auflösungen aufnehmen konnte. Auf der rechten und linken Seite befindet sich die Nicht-Begegnungsseite, die mit einer viel niedrigeren Auflösung aufgenommen wurde, als New Horizons weiter entfernt war. Bildquelle: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute/Ross Beyer
„Wir freuen uns, die Gelegenheit zu haben, mit dieser Studie die dekadischen Umfrageberatungen zu unterstützen“, sagte Dr. Carly Howett vom SwRI, die die Bemühungen leitet. „Unser Missionskonzept besteht darin, eine einzelne Raumsonde für zwei Erdjahre in die Umlaufbahn von Pluto zu schicken, bevor sie sich absetzt, um mindestens einen KBO und einen anderen KBO-Zwergplaneten zu besuchen.“
Die bisherige Arbeit des SwRI an einem Pluto-Orbiter legte den Grundstein für diese Studie. 2018 entwickelte das SwRI mit eigenen Forschungsmitteln die Idee für eine Orbitaltour, die Pluto untersuchen und dann weiter in den Kuipergürtel vordringen kann.
„… es ist möglich, Gravitationshilfen von Plutos größtem Mond Charon zu nutzen, um die Pluto-Umlaufbahn zu verlassen und in den Kuipergürtel zurückzukehren…“
Dr. Alan Stern, Südwestforschungsinstitut
„In einer SwRI-finanzierten Studie, die dieser neuen, von der NASA finanzierten Studie vorausging, entwickelten wir eine Orbitaltour des Pluto-Systems, die zeigten, dass die Mission mit geplanten Trägerraketen und vorhandenen elektrischen Antriebssystemen möglich war“, sagte Dr. Alan Stern, leitender Forscher vom SwRI der Mission New Horizons sowie der SwRI-geförderten Studie. „Wir haben auch gezeigt, dass es möglich ist, Schwerkraftunterstützung von Plutos größtem Mond Charon zu verwenden, um die Pluto-Umlaufbahn zu verlassen und in den Kuipergürtel zurückzukehren, um weitere KBOs wie MU69 und mindestens einen weiteren Zwergplaneten zum Vergleich mit Pluto zu erkunden. ”
Die wichtigste Hürde bei einer Orbiter-Mission zu Pluto ist der Treibstoff. Es braucht viel Treibstoff, um Pluto zu umkreisen und seine Monde, seine Atmosphäre, seine Sonnenwind-Wechselwirkungen und andere Aspekte des Pluto-Systems zu studieren. Aber die Studie aus dem Jahr 2018 zeigte, dass ein Pluto-Orbiter die Schwerkraftunterstützung von Plutos Satelliten nutzen könnte Charon um mehrere Jahre lang Pluto zu studieren, und könnte die gleiche Schwerkraftunterstützung verwenden, um tiefer in den Kuipergürtel vorzudringen. Dies ähnelt der Art und Weise, wie die Cassini-Mission den großen Saturnmond Titan verwendet.
Dieses Bild von Plutos Begegnungsseite wurde nur wenige Minuten aufgenommen, nachdem New Horizons am nächsten war. Ein Orbiter würde eine erweiterte Untersuchung ermöglichen. Bildnachweis: NASA/JHUAPL/SwRI.
„Das ist bahnbrechend“, sagte Stern über die Studie 2018 . „Früher dachten die NASA und die planetarische Wissenschaftsgemeinschaft, der nächste Schritt bei der Erforschung des Kuipergürtels wäre, zwischen der Untersuchung von Pluto und seinen Monden ‚tief vorzudringen‘ oder ‚breit zu gehen‘ durch die Untersuchung kleinerer Objekte des Kuipergürtels und eines anderen Zwergplaneten zu wählen Vergleich zu Pluto. Die planetare Wissenschaftsgemeinschaft debattierte, was der richtige nächste Schritt sei. Unsere Studien zeigen, dass Sie beides in einer einzigen Mission tun können: Es ist ein Game Changer.“
Der Plan für 2018 ermöglichte auch eine hautnahe Begegnung mit Charon, dem größten Satelliten von Pluto, sowie anderen Mondvorbeiflügen.
Ein farbverbessertes Bild von Charon aus New Horizons. Bildquelle: Von NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute – http://pluto.jhuapl.edu/Multimedia/Science-Photos/image.php?gallery_id=2&image_id=323 (siehe auch http://photojournal .jpl.nasa.gov/catalog/PIA19968), Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=43899990
Tiffany Finley ist Software-Leiterin in der Space Science and Engineering Division des SwRI. „Diese Tour ist alles andere als optimiert, aber sie ist in der Lage, fünf oder mehr Vorbeiflüge an jedem der vier kleinen Monde von Pluto zu machen, während Plutos Polar- und Äquatorregionen anhand von Ebenenänderungen untersucht werden“, sagte Finley. „Der Plan ermöglicht auch eine umfassende Begegnung mit Charon aus nächster Nähe, bevor man in die Atmosphäre von Pluto eintaucht, um Proben zu nehmen, bevor das Schiff Charon ein letztes Mal nutzt, um für neue Aufgaben in den Kuipergürtel zu fliehen“, sagte sie.
Die Studie von 2018 zeigte auch, dass ein Pluto-Orbiter dasselbe verwenden könnte Xenon-Ionen-Antriebssystem als die Dawn-Mission, um zu anderen Kuipergürtel-Objekten zu reisen. Es zeigte auch, dass der Orbiter eine Umlaufbahn um einen anderen Zwergplaneten im Kuipergürtel erreichen könnte.
New Horizons gab uns unseren ersten Blick auf die aktive Oberfläche von Pluto. Wie eine kosmische Lavalampe wird ein großer Teil der eisigen Oberfläche von Pluto im Sputnik Planum ständig durch einen Prozess namens Konvektion erneuert, der älteres Oberflächeneis durch frischeres Material ersetzt. Ein Orbiter würde uns helfen, diese und viele andere Funktionen von Pluto zu verstehen. Bildnachweis: NASA/Labor für angewandte Physik der Johns Hopkins University/Southwest Research Institute.
„Wer hätte gedacht, dass eine einzige Mission mit bereits verfügbaren Elektroantrieben all dies leisten könnte?“ Stern sagte über die Studie von 2018. „Nun, da unser Team gezeigt hat, dass die planetarische Wissenschaftsgemeinschaft nicht zwischen einem Pluto-Orbiter oder Vorbeiflügen anderer Körper im Kuipergürtel wählen muss, sondern beides haben kann, nenne ich diese kombinierte Mission den ‚Goldstandard‘ für zukünftige Pluto und die Erkundung des Kuipergürtels.“
Es gibt mehrere Hindernisse, mit denen ein Pluto-Orbiter fertig werden muss. Eine davon ist die Datenkommunikation. New Horizons hatte nur 16 GB Datenspeicher und brauchte 16 Monate, um alle seine Daten vom Vorbeiflug Pluto zurück zur Erde zu übertragen. Das funktioniert offensichtlich nicht für einen Orbiter. Es ist einfach, den Datenspeicher zu erhöhen, aber es wird ein viel leistungsfähigeres Datenübertragungssystem benötigt.
New Horizons ist ein ziemlich kleines Raumschiff, und so ist es auch seine Schüssel. Ein Pluto Orbiter würde ein viel größeres, leistungsfähigeres Datenübertragungssystem benötigen. Bildnachweis: Von der NASA – http://mediaarchive.ksc.nasa.gov/detail.cfm?mediaid=27362, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=401365
Es ist ein gutes Zeichen, dass die NASA beschlossen hat, eine detailliertere Studie zum Pluto Orbiter-Vorschlag des SwRI zu finanzieren. SwRI hat eine starke Erfolgsbilanz im Missionsmanagement, darunter Juno, New Horizons und STEINBOCK . Sie haben auch Technologien und Instrumente für mehrere NASA- und ESA-Missionen entwickelt.
Dank New Horizons wissen wir, dass Pluto viel komplexer ist, als wir dachten. Wir wissen, dass die Oberfläche von Pluto viel aktiver ist, als wir uns vorstellen konnten. Wir wissen, dass Pluto eine Atmosphäre hat, und wir glauben, dass Pluto einst Flüssigkeit auf seiner Oberfläche hatte. Pluto kann auch ein haben unterirdischer Ozean , möglicherweise in Verbindung mit Plutos sogenanntem Herzen, dem Tombaugh-Region.
Eine Nahaufnahme der Rückseite von Pluto, aufgenommen von New Horizons, zeigt mehrere Dunstschichten in seiner hauptsächlich aus Stickstoff bestehenden Atmosphäre. Bildnachweis: NASA/Labor für angewandte Physik der Johns Hopkins University/Southwest Research Institute.
New Horizons hat uns wirklich nur eine Momentaufnahme von Pluto gegeben. Es ist ein äußerst verlockender Schnappschuss, aber der Vorbeiflug dauerte nur etwa 24 Stunden und es gibt noch viel mehr zu lernen.
Mehr:
- Pressemitteilung: SwRI UM PLUTO-ORBITER-MISSIONEN ZU PLANEN
- Pressemitteilung 2018: SwRI-TEAM MACHT DURCHBRUCH BEIM STUDIEREN DER PLUTO-ORBITER-MISSION
- NASA: Ein Jahr später: Die Top-10-Entdeckungen von New Horizons bei Pluto
