Nå vender vi tilbake til planetenes iskalde outsider

Forestill deg en verden der solen er synlig i 21 år, før den i nye 21 år aldri viser seg. En klode som er veltet over på siden slik at den noen ganger nærmest ruller fram i banen sin om solen og til andre tider roterer motsatt av banebevegelsen – og som det for øvrig er helt umulig å orientere seg på fordi magnetfeltet er fullstendig kaos.

En slik verden er Uranus. Solsystemets nest ytterste planet skiller seg ut fra alle de andre på en rekke områder, og i flere tiår har astronomene ønsket seg mulighet for å studere den nærmere.

Nå ser det endelig ut til at drømmen går i oppfyllelse. I en ny rapport anbefaler USAs Nasjonale Forskningsråd at en romreise til Uranus bør være Nasas flaggskipsoppdrag på 2030-tallet. Målet er å sende en satellitt i bane rundt planeten i flere år mens en målesonde skal utforske den tette atmosfæren.

Resultatene skal både gi oss mer kunnskap om vårt eget planetsystem og om solsystemer andre steder i Melkeveien, der det har vist seg at planeter som ser ut som Uranus, er veldig vanlige.

Men Nasas teknikere får det travelt. Romfartøyet må være klart til avgang på begynnelsen av 2030-tallet. Hvis det ikke lykkes, må vi vente tiår på den neste sjansen.

36 år siden forrige besøk

Reisen til Uranus blir blant de lengste i romfartens historie. Planeten befinner seg 2,88 milliarder kilometer fra solen, nesten 20 ganger lenger ute enn jorden.

Derfor er Uranus iskald og kalles, akkurat som den ytterste planeten, Neptun, for en iskjempe. Uranus veier 14,5 ganger mer enn jorden og har en diameter som er fire ganger større.

Bare én gang tidligere har et romfartøy vært i nærheten av Uranus. Det skjedde da Voyager 2 i 1986 fløy forbi planeten i en avstand på 81 500 kilometer.

Helt siden den gang har astronomene bare hatt mulighet for å studere planeten på avstand, og forskerne har skreket etter bedre observasjoner enn de grunnleggende dataene Voyagers enkle instrumenter kunne levere.

Faktisk bestemte sonden bare iskjempens farge, størrelse, temperatur, tetthet og magnetfelt. Og det må mer til før forskerne kan løse alle de gåtene planeten er innhyllet i.

Beslutningen om å sende sonden til Uranus kan ikke utsettes så mye lenger.

Det vil ta sju-ti år å bygge romfartøyet som har fått navnet Uranus Orbiter and Probe. Det betyr at det er mulig å få sendt den av sted på første halvpart av 2030-tallet.

På det tidspunktet ligger Jupiter på linje med Uranus, og det er helt avgjørende. Jupiter kan nemlig, med sin store tyngdekraft, slynge romsonden ut mot sitt fjerne mål slik at reisen bare varer i tolv år, noe som sparer masse drivstoff og gir ekstra plass til instrumenter.

Den neste sjansen kommer først midt i århundret, da planetene igjen står riktig.

Når romfartøyet ankommer Uranus, vil det møte en verden som populært sagt på ingen måte burde være der. Iskjempens plassering så langt ute i solsystemet er i seg selv et mysterium.

Forskerne mener at det er helt usannsynlig at Uranus og Neptun kan være født i sine nåværende posisjoner fordi mengden bygningsmateriale så langt ute i det unge solsystemet rett og slett var for liten.

Den framherskende teorien er derfor at iskjempene ble dannet nærmere solen for så å bli slynget lenger ut i solsystemet da gasskjempene Jupiter og Saturn falt på plass i sine nåværende baner.

En satellitt i bane kan teste teorien ved å måle Uranus' innhold av grunnstoffer og sammenligne med sammensetningen i Jupiter og Saturn.

Metan farger planeten blå

Astronomene mener at Uranus er bygget opp av en kjerne av jern, nikkel og stein, omgitt en tykk mantel av is som er satt sammen av vann, ammoniakk og metan.

Atmosfæren består først og fremst av hydrogen og helium, men inneholder også et par prosent metan, som gir iskjempen den lyseblå fargen fordi metan reflekterer blått sollys ut i verdensrommet.

Uranus har to ringer rundt ekvator og 27 måner. De fem største er antagelig dannet samtidig med planeten mens resten av kan være fanget senere inn av Uranus' gravitasjonsfelt.

Hele systemet ville se normalt ut hvis det ikke var for én ting: Uranus er veltet over på siden slik at rotasjonsaksen nærmest ligger i samme plan som banen rundt solen.

Planeten bruker 84 jordiske år på en runde rundt solen, noe som gir opphav til lange, merkelige årstider. Sett fra et punkt på planeten er solen på himmelen i 21 jordiske år, altså i én lang dag. De neste 21 årene skifter en 17 timer langt døgn mellom natt og dag, og de neste 21 årene er én lang, mørk natt.

Kollisjon veltet Uranus

Hvordan Uranus har endt med den merkelige rotasjonen, er usikkert, men den ledende teorien går ut på at iskjempen i solsystemets barndom ble rammet av en klode som var dobbelt så tung som jorden.

En slik kollisjon ville være voldsom nok til å velte Uranus over på siden. Iskjempen inneholder ikke lenger spor av sammenstøtet, men det kommende prosjektet vil kanskje avklare om noen av månene inneholder materiale fra braket.

Sammenstøtet kan også gi svar på en annen av Uranus' gåter – nemlig at planeten er kaldere enn Neptun. Slik burde det ikke være, for Neptun tar imot 40 prosent mindre sollys enn Uranus.

Årsaken kan være at det store sammenstøtet nærmest punkterte Uranus, slik at mesteparten av varmen fra kjernen slapp ut på en gang.

En annen teori er at den liggende rotasjonen gjør polene varmere enn ekvator, noe som kan ha økt planetens varmetap. En tredje hypotese foreslår at iskjempens kjerne fortsatt er varm, men at et ukjent grenselag mellom mantelen og atmosfæren hindrer varmen i å slippe ut.

Strengt tatt er alle tre teorier spekulasjon, men en satellitt kan antagelig løse mysteriet.

Det samme gjelder den aller største gåten Uranus gjemmer på i sitt indre, nemlig det kaotiske magnetfeltet.

I hovedfeltet er de magnetiske polene forrykket med 59 grader fra planetens rotasjonsakse, noe som svarer til at jordens nordpol skulle befinne seg i Europa. Samtidig har Uranus en rekke sterke regionale magnetfelt.

Begge deler står i sterk kontrast til magnetfeltene i solsystemets fire steinplaneter og to gasskjemper der den magnetiske aksen er tett på rotasjonsaksen, og der feltene minner om det velordnede feltet fra en stavmagnet.

Spekket med instrumenter

For å løse alle de mysteriene skal Uranus Orbiter and Probe ta med en rekke vitenskapelige instrumenter. Detaljene på romfartøyet kan endre seg de kommende årene, men det overordnede designet av satellitten og målesonden er på plass.

Satellitten er blant annet utstyrt med fire gyroskoper som skal brukes til å undersøke Uranus' indre oppbygning. Det skjer ved hjelp av tyngdemålinger der gyroskopene registrerer hvordan variasjonene i iskjempens gravitasjonsfelt påvirker satellittens bane under kretsløpene.

Et magnetometer skal kartlegge iskjempens kaotiske magnetfelt, og satellittens kamera skal fotografere overflaten av Uranus og det øverste skydekket.

Et dramatisk høydepunkt blir når satellitten etter ankomsten frigjør den målesonden som skal utforske atmosfæren.

Sonden inneholder en sensorpakke som måler temperatur, trykk og massetetthet. Samtidig bestemmer et massespektrometer innhold av hydrogen, helium og metan i atmosfæren.

De imponerende instrumentene vil uten tvil levere en rekke data som gir en helt ny forståelse av Uranus. Samtidig vil vi lære mer om andre solsystem.

Astronomene har nå oppdaget over 5000 planeter om fremmede stjerner, og hele 40 prosent av dem er iskjemper. Det er derfor viktig å finne ut hvordan de dannes, og hvilken rolle de spiller for solsystems utvikling.

Dermed kan vi også få innblikk i hvor mye vårt solsystem ser dermed ut som andre, og hvor spesielt hjemmet vårt i universet er.