Një mision në Uran dhe Neptun mund të veprojë si detektor masiv i valës gravitacionale

Empire

Antarë i Respektuar
Një mision në Uran dhe Neptun mund të veprojë si detektor masiv i valës gravitacionale

uranus neptun.jpg

Urani dhe Neptuni janë vizituar secili vetëm nga një anije kozmike, Voyager 2.
Po sikur një mision të mund të studionte valët e gravitacionit të shkaktuara nga disa nga ngjarjet më të dhunshme në univers - gjatë rrugës për të arritur planetët më pak të njohur të sistemit tonë diellor?

Shkencëtarët planetarë janë të dëshpëruar për një sondë të re në Uran dhe Neptun, pasi që këto botë gjigande të akullit nuk janë vizituar që nga misioni Voyager në fund të viteve 1980. Dhe ndërsa një anije e tillë kozmike do të zbulonte një thesar informacioni rreth këtyre vëllezërve dhe motrave të sistemit diellor, ai gjithashtu mund të zhytej shumë më thellë në univers, thonë shkencëtarët në një analizë të re: Duke monitoruar me kujdes ndryshimet në sinjalet e radios nga një ose më shumë anije të tilla, astronomët potencialisht mund të shohin dallgëzimet në gravitet të shkaktuara nga disa nga ngjarjet më të dhunshme në univers.

Animation_of_Voyager_2_trajectory.gif

Uranusi dhe Neptuni . Imazhet e vetme nga afër për ato botë të jashtme na vijnë nga anija kozmike Voyager 2, e cila lëvizi nga ato plane në "Grand Tour" e saj në fund të viteve 1980. Që atëherë, ne kemi dërguar sonda në Mërkur, misione në Jupiter dhe Saturn (përfshirë uljen në hënën e këtij të fundit Titan), kemi mbledhur mostra të asteroideve dhe kometave dhe kemi lëshuar rover njera pas tjetres në Mars.

Por jo Urani apo Neptuni. Ato botë, të njohura tani si "gjigandët e akullit" sepse akujt e ujit dhe amoniakut mbizotërojnë në përbërjen e tyre, qëndrojnë të vetmuar në skajet e jashtme të lagjes sonë qiellore. Nuk ka botë të tjera në sistemin diellor krejt si ato, dhe një brez i tërë shkencëtarësh planetarë kanë qenë në gjendje t'i studiojnë ato vetëm me teleskopë të bazuar në tokë dhe pamje të herëpashershme nga Teleskopi Hapësinor Hubble.

Një pjesë e asaj vonese ka qenë nga duart tona. Edhe Neptuni në pikën më të afërt të tij qëndron mbi 2.7 miliardë milje (4.3 miliardë kilometra) larg Tokës. Distanca ekstreme me Neptunin dhe Uranin e bën tepër të vështirë nisjen e ngarkesave atje.

Por një mundësi po vjen së shpejti, dritarja gjatë së cilës Jupiteri rreshtohet tamam për të ofruar një asistencë gravitacionale që kërkon shpejtësinë dhe për të shkurtuar kohën e udhëtimit në sistemin e jashtëm. Nëse do të fillonim një mision në fillim të viteve 2030 me një raketë mjaft të fuqishme, si Sistemi i Hapësirës Hapësinore i NASA-s ( SLS ) , një mision mund të arrinte Jupiterin në pak më pak se dy vjet për atë rritje të shpejtësisë. Nga atje, një anije e vetme kozmike mund të ndahet në dy përbërës, njëra e drejtuar për në Uran (duke arritur atë në 2042) dhe një tjetër për Neptun (arritja e orbitës disa vjet pas kësaj).

Sapo të vendosen, nëse mbizotëron fati, në orbitë mund të mbajnë stacionin e tyre për më shumë se një dekadë, siç bëri misioni i famshëm Cassini në Saturn.


Gjatë lundrimit të gjatë në ato destinacione të akullta, të njëjtat sonda hapësinore mund të ofrojnë gjithashtu një pasqyrë të një lloji shumë të ndryshëm të shkencës, atë të valëve gravitacionale, siç detajohet në një letër të ngarkuar së fundmi në serverin e parashkrimeve arXiv.org dhe dorëzuar në Njoftimet Mujore të Letrave të Shoqërisë Mbretërore Astronomike.

Gjatë rrjedhës së fluturimit, shkencëtarëve dhe teknikëve në tokë do t'u duhej vazhdimisht të komunikonin me anijen, duke azhurnuar trajektoren e saj dhe duke kontrolluar statusin e saj. Dhe anasjelltas, anija do të kthente vazhdimisht radio informacionin në Tokë.


Valët e dritës kërcejnë para e mbrapa përgjatë hapësir-kohes kur ajo ka dallgëzime.

Standing_wave_2.gif

Tingëllon e njohur? Në Tokë, fizikantët pasqyrojnë rrezet e lazerit përgjatë gjurmëve milje të gjata për të matur valët gravitacionale që kalojnë. Ndërsa valët (të cilat janë valëzime në vetë pëlhurën e kohës hapësinore) kalojnë nëpër Tokë, ato shtrembërojnë objektet, duke i ngjeshur dhe shtrirë ato në seri alternative. Brenda detektorit, këto valë ndryshojnë në mënyrë delikate gjatësinë midis pasqyrave të largëta, duke ndikuar në rrugën e dritës në vëzhguesit e valës gravitacionale me një sasi minutë (zakonisht më pak se gjerësia e një atomi).

Për komunikimet radio nga një mision i largët hapësinor përsëri në Tokë, efekti është i ngjashëm. Nëse një valë gravitacionale kalon përmes sistemit diellor, kjo do të ndryshonte distancën në anijen në një mënyrë të rregullt, duke bërë që sonda të jetë gjithnjë-pak-më afër nesh, pastaj më larg, pastaj përsëri më afër .Nëse anija do të dërgonte një transmetim të gjithë lundrimin, ne do të shihnim një zhvendosje të Dopplerit në frekuencën e komunikimit të radios. Valet e dy anijeve kozmike të tilla që veprojnë menjëherë, do t'u jepte astronomëve vëzhgime më të mprehta të asaj zhvendosjeje.

Me fjalë të tjera, këto sonda hapësinore të largëta mund të bënin detyrë të dyfishtë si vëzhguesit më të mëdhenj të valëve gravitacionale në botë.

Universi më i madh

Pengesa më e madhe teknologjike është aftësia për të matur frekuencën e komunikimeve radio të anijes në një saktësi tepër të lartë. Sipas hulumtimit të fundit, aftësia jonë për ta matur këtë duhet të jetë së paku 100 herë më e mirë sesa mund të arrinim për misionin Cassini në Saturn.

Kjo tingëllon si shumë, por kanë kaluar dekada që kur është dizenjuar Cassini, dhe ne kemi përmirësuar teknologjitë tona të komunikimit gjatë gjithë kohës. Dhe fizikantët aktualisht po hartojnë detektorët e tyre të valëve gravitacionale të bazuara në hapësirë, si Antena Hapësinore e Laser Interferometrit (LISA), e cila gjithsesi do të kërkojë teknologji të ngjashme. Meqenëse një mision gjigant akulli është akoma gati një dekadë larg, ne mund të derdhim edhe më shumë burime në zhvillimin e teknologjisë së nevojshme.

gravitational waves.gif

Nëse mund ta thyejmë atë nivel të ndjeshmërisë, atëherë gjatësia ekstreme e këtij "krahu" të detektorit të valës gravitacionale (fjalë për fjalë miliarda herë më gjatë se detektorët tanë aktualë) mund të zbulojë një larmi ngjarjesh ekstreme në univers. Për shkak të gjatësisë së tij të pabesueshme, ky "observator gjigant akulli" do të ishte i ndjeshëm ndaj një klase ngjarjesh krejtësisht të ndryshme nga ato që mund të vëzhgojmë sot. Sipas hulumtimit, gjatë jetëgjatësisë së një misioni të tillë, sondat ka të ngjarë të zbulojnë disa duzina bashkimesh të vrimave të zeza me diferenca ekstreme të masës, dhe të paktën një bashkim të një vrime të zezë supermasive. Këto janë ngjarje që ne thjesht nuk i kemi vëzhguar dhe nuk mund t'i vëzhgojmë, me detektorë aktualë të valëve gravitacionale.

Oh, ne gjithashtu do të mësonim më shumë për Uranin dhe Neptunin.
 
Top