次の目的地は天王星です！ NASAは氷惑星を探査するミッションを計画している。いつ出発しますか？

天王星は太陽系の中で地球から2番目に遠い惑星で、その距離は17.38～20.23 AU（天文単位、1 AUは約1億5000万キロメートル）です。それは表面温度がわずか 47 K (-226 ℃) の氷の世界です。

すべての太陽系外惑星に人類が訪れたことはありませんが、人間の「目」を備えた無人探査機が訪問しています。 1986年、NASAが打ち上げた無人探査機ボイジャー2号は、8年以上の宇宙旅行を経て天王星の近くを通過し、最接近地点では天王星の大気圏上端から81,500キロ離れた地点に到達した。

ボイジャー2号の探査中に10個の新しい衛星が発見され、天王星が飛び去る前に写真撮影と探知を通じて大量のデータが得られました。それ以来、天王星を訪れた人類はいない。現在、NASAは天王星探査計画を再開する準備を進めている。それはどんな計画でしょうか？一緒に調べてみましょう。

まず、天王星の発見の過程についてお話ししましょう。古代の人々が地球外惑星を発見したのは、水星、金星、水星、火星、土星の 5 つだけでしたが、これは、これらの 5 つの惑星が肉眼で見えるためです。その後、人類は望遠鏡を発明し、より遠くの惑星を見ることができるようになりました。

1781年3月13日、イギリスの天文学者フリードリヒ・ウィリアム・ハーシェルは、自宅の中庭で自家製の望遠鏡を使って星空を観察し、動く新しい星を発見しました。最初彼はそれを彗星だと思い、ロンドン王立協会にその発見を報告した。

他の天文学者による観察と議論の結果、これは彗星ではなく、太陽系の主要な惑星の一つである新しく発見された惑星であると判明した。最初の発見者として、ハーシェルはロンドン王立協会からコプリーメダルを授与されました。当時のイギリス国王ジョージ3世は科学的発見を非常に重視し、ハーシェルに年間200ポンドの給料を与えることを決定しました。彼はまた、王室の人々が彼の魔法の望遠鏡で目を楽しませることができるように、ウィンザー城の近くに引っ越すように頼みました。

当時の200ポンドは2019年の24,000ポンドに相当し、現在の為替レートでは約20万元となる。ハーシェルはこれに深く感動し、天王星にどのような名前を付けるべきか意見を求められたとき、自分のキャリアを後援してくれたジョージ3世に感謝するため、ためらうことなく「ジョージ3世」と名付けました。

何度かの変更を経て、最終的にギリシャ神話の天空の神ウラノスにちなんで天王星と名付けられ、ウラヌスは天王星の中国語名です。

天王星に関する基本情報: 人類の天王星に関する理解は、望遠鏡による観測で得られたぼやけた写真から得られています。これまで、この付近に到達した探査機はボイジャー2号のみである。1986年1月24日に天王星に最も近づいたときの距離はわずか81,500キロメートルで、地球と月との距離の4分の1以下であったため、天王星に関する貴重な情報を多数得た。

さまざまなデータを総合的に分析した結果、天王星は直径55,742キロメートル、体積は地球の約64倍、質量は地球の約14.5倍の巨大なガス惑星であることが判明しました。その主な構造はおよそ 3 層で、中心核は岩石核であり、半径は天王星の半径の約 20%、質量は地球のわずか 0.55 倍です。岩石核の外側には氷マントルがあり、これは高圧下の水、アンモニア、メタンの氷で構成された高密度の高温流体で、厚さは約 30,000 キロメートルです。氷のマントルの上には天王星の大気があり、主に83%の水素と15%のヘリウム、さらに2%のメタンと微量の他のガスで構成されており、表面温度は約-215℃です。

ボイジャー2号はまた、天王星の風速が時速161キロメートルに達し、地球の台風カテゴリー15に相当し、その方向が自転方向と同じであることも発見した。天王星の磁気軸の方向も他の惑星とは異なります。天王星の自転周期は17.4時間、公転周期は84.0205地球年です。

ボイジャー2号はまた、天王星の新しい衛星10個を発見し、天王星の衛星の総数は27個となった。最大の衛星であるティタニアの直径は1,576.8キロメートルで、月の約45％にあたる。いくつかの衛星は非常に奇妙な地質構造と激しい地質活動を持っています。

天王星には、直径約 10 メートルの暗い粒状物質で構成された薄暗いリング システムもあります。これは土星の環に次いで太陽系で発見された2番目の惑星の環である。ボイジャー2号は、元々あった9つのリングに基づいて2つの新しいリングを発見しました。現在では、このリングは 13 個の小さなリングで構成されており、そのうち ε リングだけが最も明るく、残りは非常に暗いことがわかっています。

実際のところ、これらは天王星の表面にすぎません。内部の状況は理論的なモデリングに過ぎず、既知のデータに基づくと、天王星のより深いレベルでの実際の状況はまだ非常に不明瞭です。

天王星専用の探査プログラムの開始により、科学者の天王星に対する新たな関心が高まっている。これまでに発見された5,000個以上の太陽系外惑星のうち、最も一般的なものは天王星サイズの惑星だからである。したがって、天王星の秘密が解明されれば、他の恒星を周回する惑星についてさらに詳しく知ることができるようになるでしょう。

米国科学工学医学アカデミーは4月19日、2022年から2032年までの宇宙探査目標を計画した報告書を発表した。報告書では、2030年代前半に天王星探査機を打ち上げること、1930年代後半から1940年代前半にエンケラドゥス探査機を打ち上げることという2つの主要ミッションが提案された。

この報告書は、全米各地の惑星科学者が提出した527の白書と、97人の専門家による2年間の議論と討論に基づいており、実現可能性を検証した計画と言える。報告書の作成に参加したNASAゴダード宇宙飛行センターの科学者エイミー・サイモン氏は、「このミッションは間違いなく変革をもたらすものとなるだろう」と語った。

天王星の探査ミッションは、天王星を理解し、天王星の大気を吹き抜ける強い風の原動力、天王星の内部構造、磁場の変動の理由、惑星の環、いくつかの衛星を解明することです。

惑星はそれぞれ異なる速度で太陽の周りを回っているため、より近く、より速く惑星に到達したい場合は、ウィンドウ期間と呼ばれる最適な時期を待たなければなりません。天王星の探査のチャンスは2031年から2034年の間であり、この期間に打ち上げれば最も多くの時間と燃料を節約できる。

そのため、もしミッションが本当に開始されれば、天王星探査機は早ければ2031年に打ち上げられ、打ち上げ機にはすでに成熟したファルコン・ヘビーロケットが使用される可能性がある。

待ち望みと期待 天王星のような長距離を飛行するには、加速するための燃料をロケットや探査機自体に頼るだけでは不十分です。スピードを上げるには途中の惑星の重力のパチンコ効果を利用することも必要です。そうでなければ、太陽の重力によってどんどん遅くなり、目標に到達するのはかなり先になります。

したがって、天王星に送られる探査機は、金星と木星の巨大な重力のパチンコ効果を利用することになり、その時点でこれら2つの惑星が探査機のちょうど進路上にあることが必要となる。このように、起動時間の具体的な選択がさらに重要になります。

NASAの現在の計画経路によれば、この探査機は2031年に地球から打ち上げられ、2034年に金星、2036年に木星を通過する。速度を増した後、天王星に直行し、2043年に到着する予定だ。

この課題を成功裏に実行できるかどうかは、科学技術の力だけでなく経済力も必要です。このミッションの総投資予算は約 42 億米ドルですが、これまでの天文探査ミッションの経験に基づくと、最終的な実際の投資額は常にこれよりはるかに高額になります。たとえば、つい最近打ち上げられたウェッブ宇宙望遠鏡の初期予算はわずか5億ドルでした。 20年にわたる設計と建設を経て、予算は継続的に増加し、最終的に100億ドルを超えました。

そのため、NASA は、このミッションを達成するために、古いパートナーである ESA を結集する可能性が高いと考える人もいます。現在、世界情勢は不安定であり、この課題が最終的に達成できるかどうかはまだ分からない。これについてどう思いますか？議論へようこそ。読んでいただきありがとうございます。

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