Nå vil Nasa reise til iskjempene

I kinofilmen Ad Astra reiser en ingeniør tvers gjennom solsystemet til Neptun. I virkelighetens verden er de to iskjempene i solsystemets utkant stort sett uutforsket. Men Nasa har flere fartøyer på tegne­brettet som kan dra til Uranus og Neptun om bare ti år og endelig avsløre hva som gjemmer seg under isen.

Claus Lunau/Shutterstock

I filmen Ad Astra er vi hundre år inn i framtiden. Amerikanske astronauter har for lengst bygget en avansert romstasjon som går i bane rundt en av Neptuns måner. Men Nasa har mistet kontakten med kolonien, og ingen aner om astronautene fortsatt er i live.

Da en av Neptuns måner plutselig eksploderer, får regjeringen mistanke om at kolonistene lever i skjul og utfører farlige forsøk. På oppfordring fra USAs regjering forsøker en ung ingeniør uten hell å sende en beskjed til koloniens leder og må i stedet reise tvers gjennom solsystemet til Neptun.

I virkeligheten har solsystemets to iskjemper bare hatt ett eneste besøk, nemlig fra romsonden Voyager 2, som fløy forbi Uranus i 1986 og Neptun i 1989. Den var utstyrt med enkle kameraer og måleinstrumenter utviklet på 1970-tallet.

Voyager

NASAs Voyager 2 er det eneste fartøyet som har vært i nærheten av Uranus og Neptun.

© NASA

Fire kandidater

Derfor kjenner astronomer i praksis bare til bane, størrelse, tetthet og magnetfelt for de to enorme planetene i utkanten av solsystemet. Ut fra disse spinkle dataene har forskerne laget modeller over planetenes kjerne, mantel og atmosfære, men det er fortsatt bare beregninger, som det er umulig å verifisere fra jorda.

Derfor står spørsmålene om de to kjemper fortsatt i kø. For å besvare dem er det nødvendig å sende nye farkoster ut til de to iskjempene. Og nå er endelig den amerikanske romfartsorganisasjonen, Nasa, i gang med forberedelsene til å foreta den ultimate reisen i solsystemet.

I en 500 sider lang rapport har ingeniører og planetforskere presentert sitt arbeid med å velge ut ruter og designe romfartøy som endelig kan få oss til solsystemets to ytterste planeter. Men tiden er knapp, for avreisen fra jorda må skje om senest 15 år.

Favoritten: Satellitt og sonde utforsker Uranus

Satellitten går i bane rundt Uranus mens en sonde sendes ned gjennom atmosfæren. Mens satellitten leverer data om den indre oppbygningen og dynamikken, samt om systemet av måner og ringer, skaffer sonden detaljerte opplysninger om atmosfæren.

  • Fartøy: Satellitt og en atmosfæresonde.
  • Oppskytning: 25. mai 2031.
  • Ankomst: 17. mai 2043.
  • Pris: 14,2 milliarder kroner.
Oliver Larsen

Falkeøyet: Satellitt går i bane rundt Uranus

Satellitten er utstyrt med flere instrumenter enn favoritten, men tar ikke med seg noen atmosfæresonde. Fartøyet kan levere detaljerte data om isplanetens indre oppbygning og dynamikk samt månene og ringene, men kan bare utføre avstandsmålinger av atmosfæren.

  • Fartøy: Satellitt med flere vitenskapelige instrumenter.
  • Oppskytning: 25. mai 2031.
  • Ankomst: 17. mai 2043.
  • Pris: 17 milliarder kroner.
Oliver Larsen

Den billige: Farkost flyr forbi Uranus

Den billigste løsningen er en farkost som flyr forbi Uranus, men ikke går bane rundt den. Farkosten kan avsløre den indre oppbygningen og dynamikken, men kan ikke undersøke systemet av måner og ringer like godt. En medbrakt sonde går samtidig tett på atmosfæren.

  • Fartøy: Romfartøy og en atmosfæresonde.
  • Oppskytning: 16. april 2031.
  • Ankomst: 15. april 2040.
  • Pris: 9,8 milliarder kroner.
Oliver Larsen

Luksusmodellen: Ny kjemperakett tar med to satellitter

Forskernes store drøm er et prosjekt som sender satellitter til Uranus og Neptun med samme rakett, for eksempel Nasas nye SLS-rakett. Dette prosjektet vil gi det beste vitenskapelige utbyttet, fordi de to kjemper er ulike, og bare observasjoner av begge vil skape et komplett bilde.

  • Fartøy: To satellitter.
  • Oppskyting: 13. februar 2031.
  • Ankomst Uranus: 6. april 2042.
  • Ankomst Neptun: 9. januar 2044.
  • Pris: 29–30 milliarder kroner.
Oliver Larsen

Langfareren: Satellitt og sonde går tett på Neptun

En satellitt og en sonde sendes til Neptun. Utstyret er identisk med favorittprosjektet for Uranus og kan levere de samme dataene om Neptun. Satellitten er den eneste av fartøyene som er utstyrt med solpaneler. De skal øke farten på turen fram til Jupiter.

  • Fartøy: Satellitt og atmosfæresonde.
  • Oppskyting: 28. mars 2030.
  • Ankomst: 28. april 2043.
  • Pris: 16,5 milliarder kroner.
Oliver Larsen

To av Nasas foreslåtte prosjekter ligner hverandre ganske mye, men går til hver sin planet. Utgangspunktet er en farkost som går i bane rundt iskjempen og sender en sonde ned gjennom planetens atmosfære. Siden de to prosjektene har like stor vitenskapelig verdi, er reisen til Uranus en opplagt kandidat. Med en avstand på 4,5 milliarder kilometer ligger Neptun halvannen så langt unna jorda som Uranus, og det er derfor både raskere og billigere å sende en farkost til sistnevnte.

Den tredje muligheten er å sende en større farkost med ekstra instrumenter i bane rundt Uranus, men uten en sonde som skal dykke ned i atmosfæren. Og den fjerde muligheten er en farkost som ikke går i inn i bane, men i stedet flyr forbi Uranus og dropper en sonde ned i atmosfæren på veien. Fordelen ved en satellitt som går i bane at observasjonstiden blir mye lengre. Blant annet kan astronomene følge opp interessante fenomener som satellitten oppdager på de første rundene.

En forbiflyvning er billigere, men kan likevel besvare de fleste av forskernes spørsmål. Det demonstrerte New Horizons da den fløy forbi Pluto i 2015 og endret forskernes bilde av dvergplaneten for alltid.

Nasa har fortsatt ikke bestemt om prosjektet faktisk blir noe av, og heller ikke hvilken variant de i så fall vil gå for. Men avgjørelsen må komme snart, for i perioden fra 2029 til 2034 befinner Jupiter seg i en posisjon der planetens ekstreme gravitasjonsfelt kan slynge farkostene ut til iskjempene med så stor fart at de kan nå fram til Uranus på bare 11 år og til Neptun på bare 13.

For å utnytte den sjansen må byggingen av farkostene begynne i løpet av noen få år – ellers står forskerne i fare for å måtte vente helt til rundt år 2050.

Det vil de ikke, for de to kjempene er ikke bare solsystemets minst utforskede planeter, de er også en nøkkel til å forstå andre planetsystemer. Det er nå oppdaget over 3000 eksoplaneter, og det viser seg at iskjemper er den vanligste planettypen, men astronomene vet fortsatt ikke hvorfor.

Iskjempenes fødsel er en gåte

Et av de spørsmålene astronomene gjerne vil ha svar på, er hvordan Uranus og Neptun ble dannet. Planetene er neppe født i sine nåværende baner, siden den skyen av støv og gass som fødte planetene, var for tynn her ute – altså inneholdt for lite bygningsmateriale – til å bygge iskjempene.

Den framherskende teorien går ut på at de to planetene ble dannet mellom det som i dag er banene til Saturn og Uranus. Da gassplanetene – Jupiter og Saturn – landet i sine nåværende baner for fire milliarder år siden, ble Uranus og Neptun slynget ut i solsystemets utkant. Reisen var dramatisk – ikke minst for Uranus, som selv i dag roterer helt på siden, i motsetning til alle de andre planetene i solsystemet.

Forskerne mener at fenomenet har oppstått fordi Uranus på sin vei ut gjennom solsystemet kolliderte med et stort himmellegeme, og at kollisjonen ganske enkelt veltet iskjempen over på siden.

Iskjempene har mange gåter

1 / 5

undefined

12345

Så langt er det bare ett fartøy som vært i nærheten av de to iskjempene i utkanten av solsystemet, nemlig Voyager 2, som suste forbi og tok bilder av Uranus i 1986 og Neptun i 1989. Men de kornete bildene avslørte ikke mye, og derfor er noen av solsystemets største gåter fortsatt knyttet til de to kjempene.

© Diego Barucco/Alamy/ImageSelect

Astronomene vil teste teorien om iskjempenes opprinnelse med en satellitt som måler sammensetning av grunnstoffer på de to planetene og sammenligne resultatet med Jupiter og Saturn. Det vil vise om de fire store planetene er dannet i det samme miljøet.

Observasjonene kan samtidig gi unike opplysninger om den skyen av støv og gass som fødte de fire ytterste planetene. Iskjempenes atmosfærer rommer sannsynligvis den opprinnelige gassen i skyen fordi det er så kaldt i utkanten av solsystemet at de flyktige gassene neppe har forsvunnet ut i verdensrommet.

Da Uranus og Neptun ble slynget ut i sine nåværende baner, hadde de allerede tapt kampen om bygningsmaterialene i solsystemets første fase. Alle de fire ytre planetene ble raskt store fordi de oppsto utenfor frostgrensen. Her i solsystemets utkant ble kjernene ikke bare bygget av jern, nikkel og stein, som i de indre planetene, men også av is – fra både vann, metan og ammoniakk. Når en planetkjerne kommer opp i 15 jordmasser, akselererer veksten, og den tunge kjernen suger til seg store mengder gass.

Jupiter passerte det kritiske punktet først og suget derfor til seg 71 prosent av gassen i området. Saturn kom i mål som nummer to og snappet opp 21 prosent, mens Uranus bare fikk 3 prosent og Neptun 4.

Voyager neptun

Neptun, slik Voyager 2 så planeten i 1989.

© NASA

Derfor er de to isplanetene i dag satt sammen på en annen måte enn gassplanetene. Jupiter og Saturn består av 85 prosent gass, 10 prosent is og 5 prosent kjerne. I Uranus og Neptun utgjør gass bare 10 prosent, mens 65 prosent er is, og de siste 25 prosentene er steinkjerne.

Astronomer tester ny metode

Temperaturen i iskjempenes nabolag ligger under 200 minusgrader; likevel er de ikke dypfryst. Ifølge teorien er trykket inne i planetene indre så høyt at temperaturen stiger fra om lag 100 grader øverst i isen til over 4700 grader i kjernen, som består av jern og stein.

Derfor er isen i den lagdelte mantelen flytende og stort sett i en ionisert tilstand der vannet er elektrisk ladet.

Voyager uranus

slik

© NASA

Et nytt forsøk ved Lawrence Livermore National Laboratory i USA tyder på at det nedre laget i mantelen er superionisk vann, der oksygenatomene danner en fast krystallstruktur, mens hydrogenet flyter fritt rundt.

Forskerne har gjenskapt denne tilstanden ved å presse sammen is i en diamanttrykkcelle og deretter øke trykket til to millioner atmosfærer ved å beskyte isen med kraftige laserstråler. I et annet forsøk ble en karbonholdig plast utsatt for den samme behandlingen, og her ble karbonet skilt ut og presset sammen til nanodiamanter.

Forskerne mener at det samme skjer i mye større skala med karbonholdig metan nederst i isplanetenes mantel, så diamanter synker ned på steinkjernen og danner et lag av flytende diamant.

På tross av forsøkene er modellen som er utviklet for de to planetenes indre, fortsatt ren teori. En av de viktigste oppgavene for en satellitt er derfor å bestemme den indre oppbygningen og dynamikken.

Fartøyene er fortsatt på tegnebrettet

1 / 5

undefined

12345

Nasa har designet fartøyene for prosjektene, men de er ikke bygget. I det mest lovende prosjektet sendes en sonde ned i atmosfæren til Uranus før selve satellitten går inn i bane rundt den. Sonden er beskyttet av et varmeskjold, og hastigheten senkes med fallskjermer, slik at den kan drive målinger uten å brenne opp.

© Claus Lunau

De indre lagene kan beregnes ut fra tyngdemålinger, som viser variasjoner i planetens gravitasjonsfelt. Nasa satser på å belyse dynamikken i mantelen ved hjelp av en seismologisk metode som aldri tidligere har blitt brukt på planeter, men til gjengjeld har blitt brukt med stor suksess på sola.

Såkalte dopplerkameraer har observert rytmiske svingninger i overflaten av sola og dermed avslørt bevegelsene under overflaten. Målingene kan oppklare flere av de største gåtene knyttet til iskjempene. En av dem er hvorfor magnetfeltene er så kaotiske sammenlignet med andre planeter, for eksempel jorda.

© G. Schubert & K.M. Soderlund

Det er så velordnet at det ser ut som magnetfeltet fra en stavmagnet, mens Uranus og Neptun har flere regionale felter i tillegg til hovedfeltet mellom polene. Forskerne mener at de kaotiske feltene dannes tett på overflaten i de flytende og elektrisk ledende islagene øverst i mantelen. Det kan bare avklares med observasjoner fra en satellitt.

Dopplermålingene kan, sammen med tyngdemålinger, også forklare hvorfor Uranus er solsystemets kaldeste planet, selv om Neptun befinner seg halvannen milliard kilometer lenger fra sola og mottar 40 prosent mindre sollys. Fenomenet kan skyldes at mantelen til Uranus har et ukjent lag som holder på varmen som ellers ville strømme fra kjernen og ut til atmosfæren. Men i praksis vet ikke forskerne hvorfor. De mangler også detaljerte opplysninger om iskjempenes atmosfærer.

Det beste ville være å sende en sonde ned under skyene og utføre målinger der. Her er Neptun spesielt interessant fordi atmosfæren danner solsystemets kraftigste orkaner, der vinden har en fart på opptil 2200 kilometer i timen.

Satellitt går i bane rundt Uranus i to år

Satellitten plasseres i en lettere oval bane, og den beveger seg rundt Uranus i to år. I 75 av dagene kommer satellitten tett på iskjempen, og det er da den foretar de viktigste observasjonene.

Her er Neptun spesielt interessant fordi atmosfæren danner solsystemets kraftigste orkaner, der vinden har en fart på opptil 2200 kilometer i timen.

Luksusmodell sprenger budsjettet

Nasas arbeidsgruppe har arbeidet innen en økonomisk ramme på om lag 16,8 milliarder kroner per prosjekt. Den billigste muligheten er en forbiflyving av Uranus, som kan gjennomføres for 12,4 milliarder, mens å sende en farkost i bane rundt Neptun vil koste 17 milliarder kroner.

Gruppen har imidlertid også gjort et overslag over hva det vil koste å sende opp to farkoster samtidig, med Nasas nye store løfterakett, Space Launch System (SLS), som står klar i 2031, da oppskytingen i så fall vil finne sted. Prisen kommer til å ligge på omkring 29–30 milliarder kroner, men Den europeiske romorganisasjonen, ESA, vil kanskje bidra etter å ha droppet sine egne planer om å sende farkoster til iskjempene.

Å sende av gårde to farkoster, en til Uranus og en til Neptun, vil selvsagt gi det største vitenskapelige utbyttet og er uten tvil planetforskernes store drøm. Om den blir oppfylt, vil forhåpentligvis snart vise seg.

Les også:

Voyager 1
Romfart

Supersonde tenner rakettene utenfor solsystemet

6 minutter
Romfart

Nå får Europa sin første private romhavn

11 minutter
Romfart

Kan man lande på Jupiter?

1 minutt
Mest populære

Logg inn

Feil: Ugyldig e-postadresse
Passord er påkrevd
VisSkjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klikk her

Ny bruker? Få adgang nå!