वायेजर 2 ने यूरेनस (आर) और नेप्च्यून (एल) दोनों से उड़ान भरी, और दोनों दुनिया के गुणों, रंगों, वायुमंडलों और रिंग सिस्टम का खुलासा किया। वे दोनों के छल्ले, कई दिलचस्प चंद्रमा और वायुमंडलीय और सतह की घटनाएं हैं जिनकी हम जांच करने के लिए इंतजार कर रहे हैं। (नासा / VOYAGER 2)

एथन से पूछें: क्या हम यूरेनस या नेपच्यून के लिए एक कैसिनी-जैसे मिशन भेज सकते हैं?

नासा के कैसिनी अंतरिक्ष यान ने हमें शनि की कल्पना से अधिक सिखाया। क्या हम यूरेनस और नेपच्यून के लिए कुछ ऐसा ही कर सकते थे?

जहां से हम सौर मंडल में हैं, हमारे शक्तिशाली ग्राउंड-आधारित और अंतरिक्ष-आधारित वेधशालाओं के साथ दूर के ब्रह्मांड को देखते हुए हमें विचार और ज्ञान दिया गया है, जिनमें से कई ने कभी नहीं सोचा था कि हम हासिल करेंगे। लेकिन वास्तव में दूर के स्थान की यात्रा करने के लिए कोई विकल्प नहीं है, क्योंकि कई ग्रहों ने हमें सिखाया है। हमारे द्वारा ग्रह विज्ञान के लिए समर्पित सभी संसाधनों के बावजूद, हमने केवल एक मिशन यूरेनस और नेपच्यून: वायेजर 2 को भेजा है, जिसने केवल उनके द्वारा उड़ान भरी थी। उन बाहरी दुनिया के लिए एक कक्षीय मिशन के लिए हमारी संभावनाएं क्या हैं? जैसा कि वह पूछता है कि हमारे पैट्रोन समर्थक एरिक जेन्सेन जानना चाहते हैं:

एक खिड़की आ रही है जब अंतरिक्ष यान को गुरुत्वाकर्षण वृद्धि के लिए बृहस्पति का उपयोग करके यूरेनस या नेपच्यून में भेजा जा सकता है। इसका उपयोग करने में क्या अड़चनें हैं लेकिन "आइस दिग्गज" के आसपास कक्षा में प्रवेश करने के लिए पर्याप्त रूप से धीमा करने में सक्षम है?

चलो एक नज़र डालते हैं।

जबकि एक दृश्य निरीक्षण पृथ्वी-आकार और नेपच्यून-आकार की दुनिया के बीच एक बड़ा अंतर दिखाता है, वास्तविकता यह है कि आप केवल पृथ्वी से लगभग 25% बड़े हो सकते हैं और अभी भी चट्टानी हो सकते हैं। कुछ भी बड़ा हो, और आप एक गैस के विशालकाय हो। जबकि बृहस्पति और शनि में भारी मात्रा में गैस के लिफाफे हैं, जिनमें लगभग 85% ग्रह हैं, नेप्च्यून और यूरेनस बहुत अलग हैं, और उनके वायुमंडल के नीचे बड़े, तरल महासागर होने चाहिए। (चंद्र और ग्रह संस्थान)

सौर मंडल एक जटिल है - लेकिन शुक्र है, नियमित रूप से - जगह। बाहरी सौर मंडल को प्राप्त करने का सबसे अच्छा तरीका, जो कहना है, बृहस्पति से परे किसी भी ग्रह को, आपको वहां पहुंचने में मदद करने के लिए बृहस्पति का उपयोग करना है। भौतिकी में, जब भी आपके पास एक छोटी वस्तु (एक अंतरिक्ष यान की तरह) एक विशाल, स्थिर एक (एक स्टार या ग्रह की तरह) से उड़ान भरती है, तो गुरुत्वाकर्षण बल अपने वेग को जबरदस्त रूप से बदल सकता है, लेकिन इसकी गति समान रहनी चाहिए।

लेकिन अगर कोई तीसरी वस्तु है जो गुरुत्वाकर्षण महत्वपूर्ण है, तो वह कहानी थोड़ी बदल जाती है, और एक तरह से जो बाहरी सौर मंडल तक पहुंचने के लिए विशेष रूप से प्रासंगिक है। एक अंतरिक्ष यान, जो कहता है, एक ग्रह है, जो सूर्य के लिए बाध्य है, ग्रह / सूर्य प्रणाली को गति देने या देने के द्वारा गति प्राप्त कर सकता है या खो सकता है। बड़े पैमाने पर ग्रह परवाह नहीं करता है, लेकिन अंतरिक्ष यान अपने प्रक्षेपवक्र के आधार पर एक वृद्धि (या मंदी) प्राप्त कर सकता है।

एक गुरुत्वाकर्षण गुलेल, जैसा कि यहां दिखाया गया है, यह है कि एक अंतरिक्ष यान गुरुत्वाकर्षण सहायता के माध्यम से अपनी गति कैसे बढ़ा सकता है। (विकिमीडिया कॉमन्स USER ZEIMUSU)

इस प्रकार की पैंतरेबाज़ी को गुरुत्वाकर्षण सहायता के रूप में जाना जाता है, और यह वायेजर 1 और वायेजर 2 दोनों को सौर मंडल से बाहर जाने के रास्ते में और हाल ही में न्यू होराइजन्स को प्लूटो द्वारा उड़ान भरने के लिए प्राप्त करने में आवश्यक था। हालांकि यूरेनस और नेप्च्यून में क्रमशः 84 और 165 वर्षों की शानदार लंबी परिक्रमा अवधि है, फिर भी उन्हें पाने के लिए मिशन की खिड़कियां हर 12 साल में पुनरावृत्ति करती हैं: हर बार बृहस्पति एक कक्षा पूरा करता है।

पृथ्वी से प्रक्षेपित एक अंतरिक्ष यान आमतौर पर बृहस्पति की सहायता के लिए गुरुत्वाकर्षण ग्रहों की तैयारी के दौरान कुछ आंतरिक ग्रहों द्वारा उड़ान भरता है। एक ग्रह द्वारा उड़ने वाले अंतरिक्ष यान को लौकिक रूप से स्लिंगशॉटेड मिल सकता है - गुरुत्वाकर्षण गुलेल शब्द एक गुरुत्वाकर्षण सहायता के लिए एक शब्द है जो इसे बढ़ावा देता है - अधिक गति और ऊर्जा के लिए। यदि हम चाहते थे, संरेखण सही हैं कि हम आज नेप्च्यून के लिए एक मिशन शुरू कर सकते हैं। यूरेनस, करीब होने के कारण, और भी आसान हो जाता है।

मैसेंजर जांच के लिए नासा का उड़ान पथ, जो कई गुरुत्वाकर्षण सहायता के बाद बुध के चारों ओर एक सफल, स्थिर कक्षा में घाव करता है। कहानी समान है यदि आप बाहरी सौर मंडल में जाना चाहते हैं, सिवाय इसके कि आप अपने हेलियोसेंट्रिक गति को जोड़ने के लिए गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करते हैं, बजाय इसके से घटाना। (नासा / JHUAPL)

एक दशक पहले, अर्गो मिशन प्रस्तावित किया गया था: यह 2015 से 2019 तक चलने वाली लॉन्च विंडो के साथ, बृहस्पति, शनि, नेपच्यून और कुइपर बेल्ट ऑब्जेक्ट्स द्वारा उड़ान भरेगा। लेकिन फ्लाई-बाय मिशन आसान हैं, क्योंकि आपके पास नहीं है अंतरिक्ष यान को धीमा करने के लिए। इसे दुनिया भर में कक्षा में सम्मिलित करना कठिन है, लेकिन यह कहीं अधिक फायदेमंद है।

एक एकल पास के बजाय, एक ऑर्बिटर आपको लंबे समय तक पूरे विश्व-कवरेज, कई बार, प्राप्त कर सकता है। आप किसी विश्व के वातावरण में परिवर्तन देख सकते हैं, और मानव आंखों के लिए अदृश्य तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत विविधता में लगातार इसकी जांच कर सकते हैं। आप नए चांद, नए छल्ले और नई घटनाएं पा सकते हैं जिनकी आपने कभी उम्मीद नहीं की थी। तुम भी एक लैंडर या ग्रह या उसके चन्द्रमाओं में से एक को नीचे भेज सकते हैं। वह सब और अधिक पहले से ही हाल ही में पूरा हुआ कैसिनी मिशन के साथ शनि के आसपास हुआ।

एक 2012 (L) और एक 2016 (R) शनि के उत्तरी ध्रुव की छवि, दोनों को कैसिनी वाइड-एंगल कैमरा के साथ लिया गया। रंग में अंतर शनि के वायुमंडल की रासायनिक संरचना में परिवर्तन के कारण है, जैसा कि प्रत्यक्ष फोटोकैमिकल परिवर्तनों से प्रेरित है। (नासा / JPL-CALTECH / अंतरिक्ष विज्ञान संस्थान)

कैसिनी ने शनि के भौतिक और वायुमंडलीय गुणों के बारे में सिर्फ सीखा नहीं, हालांकि यह शानदार ढंग से किया। यह केवल छवि नहीं थी और अंगूठियों के बारे में सीखना था, हालांकि इसने भी ऐसा किया। सबसे अविश्वसनीय यह है कि हमने उन परिवर्तनों और क्षणिक घटनाओं का अवलोकन किया जिनकी हमने कभी भविष्यवाणी नहीं की थी। शनि ने मौसमी परिवर्तनों का प्रदर्शन किया, जो इसके ध्रुवों के चारों ओर रासायनिक और रंग परिवर्तनों के अनुरूप थे। शनि पर एक विशाल तूफान विकसित हुआ, जो ग्रह को घेरे हुए था और कई महीनों तक चलता रहा। शनि के छल्लों में तीव्र ऊर्ध्वाधर संरचनाएँ और समय के साथ बदलने के लिए पाए गए; वे गतिशील हैं और स्थिर नहीं हैं, और हमें ग्रह-और-चंद्रमा के गठन के बारे में सिखाने के लिए एक प्रयोगशाला प्रदान करते हैं। और, इसके डेटा के साथ, हमने पुरानी समस्याओं को हल किया और इसके चन्द्रमाओं इपेटस, टाइटन और एन्सेलेडस के बारे में नए रहस्यों की खोज की।

8 महीने की अवधि में, सौर मंडल में सबसे बड़ा तूफान हुआ, जिसने पूरे गैस विशाल दुनिया को घेर लिया और 10 से 12 पृथ्वी के अंदर फिटिंग करने में सक्षम था। (नासा / JPL-CALTECH / अंतरिक्ष विज्ञान संस्थान)

इसमें कोई संदेह नहीं है कि हम यूरेनस और नेपच्यून के लिए भी ऐसा ही करना चाहते हैं। यूरेनस और नेपच्यून के लिए कई परिक्रमा मिशन प्रस्तावित किए गए हैं और इसे मिशन प्रस्तुत करने की प्रक्रिया में काफी दूर कर दिया है, लेकिन वास्तव में कोई भी निर्माण या उड़ान भरने के लिए स्लेट नहीं किया गया है। नासा, ईएसए, जेपीएल और यूके ने सभी यूरेनस ऑर्बिटर्स प्रस्तावित किए हैं जो अभी भी चल रहे हैं, लेकिन किसी को नहीं पता कि भविष्य क्या है।

अब तक, हमने केवल दूर से इन दुनियाओं का अध्ययन किया है। लेकिन अब से कई वर्षों बाद भविष्य के मिशन के लिए एक जबरदस्त उम्मीद है, जब दोनों दुनिया तक पहुंचने के लिए लॉन्च खिड़कियां एक ही बार में संरेखित होंगी। 2034 में, वैचारिक ODINUS मिशन यूरेनस और नेपच्यून दोनों को एक साथ जुड़वां कक्षा भेजेगा। मिशन खुद नासा और ईएसए के बीच एक शानदार, संयुक्त उद्यम होगा।

हबल द्वारा खोजे गए यूरेनस के अंतिम दो (सबसे बाहरी) छल्ले। हमने वायेजर 2 फ्लाई-बाय से यूरेनस के आंतरिक रिंगों में इतनी संरचना की खोज की, लेकिन एक ऑर्बिटर हमें और भी अधिक दिखा सकता है। (नासा, ईएसए, और एम। शोलेटर (SETI संस्थान))

2011 में नासा के ग्रहीय विज्ञान डिकैडल सर्वेक्षण में प्रस्तावित प्रमुख, प्रमुख श्रेणी के मिशनों में से एक यूरेनस जांच और ऑर्बिटर था। मंगल 2020 रोवर और यूरोपा क्लिपर ऑर्बिटर के पीछे इस मिशन को तीसरी प्राथमिकता दी गई। एक यूरेनस जांच-और-ऑर्बिटर 2020 के दौरान हर साल 21 दिनों की खिड़की के साथ लॉन्च कर सकता है: जब पृथ्वी, बृहस्पति और यूरेनस इष्टतम स्थिति में पहुंच गए। ऑर्बिटर में उस पर तीन अलग-अलग उपकरण होंगे, जो यूरेनस, उसके छल्ले और उसके चंद्रमाओं के विभिन्न गुणों की छवि और माप के लिए डिज़ाइन किए गए थे। यूरेनस और नेपच्यून के पास अपने वायुमंडल के नीचे भारी तरल महासागर होना चाहिए, और एक ऑर्बिटर को निश्चित रूप से इसकी खोज करने में सक्षम होना चाहिए। वायुमंडलीय जांच बादल बनाने वाले अणुओं, गर्मी वितरण और हवा की गति को गहराई से कैसे बदलती है, इसे मापेगी।

ODAUS मिशन, ESA द्वारा NASA के साथ एक संयुक्त उद्यम के रूप में प्रस्तावित, नेप्च्यून और यूरेनस दोनों को ऑर्बिटर्स के एक जुड़वां सेट के साथ खोजेगा। (ODINUS TEAM - मार्ट / ODINUS.IAPS.INAF.IT)

ईएसए के कॉस्मिक विजन कार्यक्रम द्वारा प्रस्तावित, नेप्च्यून और यूरेनियन सिस्टम (ओडिनस) मिशन की उत्पत्ति, गतिशीलता, और अंदरूनी भी आगे बढ़ जाती है: इस अवधारणा को दो जुड़वां कक्षा में विस्तारित किया गया, जो एक नेपच्यून और एक यूरेनस को भेजेगा। 2034 में एक लॉन्च विंडो, जहां पृथ्वी, बृहस्पति, यूरेनस और नेप्च्यून सभी ठीक से संरेखित करते हैं, दोनों को एक साथ भेज सकते हैं।

फ्लाईबाई मिशन पहले मुकाबलों के लिए बहुत अच्छा है, क्योंकि आप इसे करीब से देखकर दुनिया के बारे में बहुत कुछ जान सकते हैं। वे इसलिए भी महान हैं क्योंकि वे कई लक्ष्यों तक पहुँच सकते हैं, जबकि ऑर्बिटर्स उस दुनिया में रुके हुए हैं जो वे ऑर्बिट में चुनते हैं। अंत में, ऑर्बिटर्स को जलने, धीमा करने और एक स्थिर कक्षा में प्रवेश करने के लिए बोर्ड पर ईंधन लाना पड़ता है, जिससे मिशन बहुत अधिक महंगा हो जाता है। लेकिन जो विज्ञान आपको किसी ग्रह के चारों ओर लंबे समय तक रहने से मिलता है, मैं उससे ज्यादा से ज्यादा बहस करता हूं।

जब आप एक दुनिया की परिक्रमा करते हैं, तो आप इसे हर तरफ से देख सकते हैं, साथ ही इसके छल्ले, इसके चंद्रमा और समय के साथ कैसे व्यवहार करते हैं। उदाहरण के लिए, कैसिनी के लिए धन्यवाद, हमने कैप्चर किए गए क्षुद्रग्रह फोएब से उत्पन्न एक नई अंगूठी के अस्तित्व की खोज की, और रहस्यमय चंद्रमा इपेटस के सिर्फ आधे हिस्से को काला करने में इसकी भूमिका। (SMITHSONIAN AIR & SPACE, NASA / CASSINI IMAGES से प्राप्त)

इस तरह एक मिशन पर वर्तमान सीमाएँ तकनीकी उपलब्धियों से नहीं आती हैं; प्रौद्योगिकी आज यह करने के लिए मौजूद है। कठिनाइयों हैं:

  • राजनीतिक: क्योंकि नासा का बजट सीमित और सीमित है, और इसके संसाधनों को पूरे समुदाय की सेवा करनी चाहिए,
  • भौतिक: क्योंकि नासा के नए हेवी लिफ्ट वाहन, SLS का बिना लाइसेंस के संस्करण के साथ, हम केवल बड़े पैमाने पर बाहरी सौर मंडल तक सीमित मात्रा में भेज सकते हैं, और
  • व्यावहारिक: क्योंकि सूर्य से इन अविश्वसनीय दूरी पर, सौर पैनल नहीं करेंगे। हमें इस दूर के अंतरिक्ष यान को चलाने के लिए रेडियोधर्मी स्रोतों की आवश्यकता है, और हमारे पास काम करने के लिए पर्याप्त नहीं है।

पिछले एक, भले ही सब कुछ संरेखित करता है, डीलब्रेकर हो सकता है।

एक प्लूटोनियम -238 ऑक्साइड गोली अपनी गर्मी से चमकती है। परमाणु प्रतिक्रियाओं के उप-उत्पाद के रूप में भी उत्पादित, पु-238, रेडियोन्यूक्लाइड है जिसका उपयोग गहन अंतरिक्ष यान को करने के लिए किया जाता है, जो मंगल कुतूहल रोवर से अल्ट्रा-दूर मल्लाह अंतरिक्ष यान तक होता है। (अमेरिकी ऊर्जा विभाग)

प्लूटोनियम -238 एक आइसोटोप है जो परमाणु सामग्री के प्रसंस्करण में बनाया गया है, और इसके अधिकांश भंडार ऐसे समय से आते हैं जब हम परमाणु हथियार सक्रिय रूप से बना रहे थे और स्टॉक कर रहे थे। रेडियोआईसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर (आरटीजी) के रूप में इसका उपयोग चंद्रमा, मंगल, बृहस्पति, शनि, प्लूटो के मिशनों के लिए शानदार रहा है और पायनियर और वायेजर अंतरिक्ष यान सहित गहरे अंतरिक्ष जांच का एक धब्बा है।

लेकिन हमने 1988 में इसका उत्पादन बंद कर दिया, और रूस से इसे खरीदने के हमारे विकल्प घट गए क्योंकि उन्होंने इसका उत्पादन बंद कर दिया है। ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में नए Pu-238 बनाने का एक हालिया प्रयास शुरू हो गया है। 2015 के अंत तक लगभग 2 औंस का उत्पादन किया गया। वहां निरंतर विकास, साथ ही साथ ओंटारियो पावर जनरेशन, 2030 तक एक मिशन को पूरा करने के लिए पर्याप्त निर्माण कर सकता है। ।

वायेजर 2 से वाइड एंगल कैमरा के स्पष्ट फिल्टर के माध्यम से प्राप्त दो 591-एस एक्सपोज़र के साथ एक सिलाई, नेप्च्यून की पूरी रिंग प्रणाली को उच्चतम संवेदनशीलता के साथ दिखाती है। यूरेनस और नेपच्यून में कई समानताएं हैं, लेकिन एक समर्पित मिशन अभूतपूर्व मतभेदों का भी पता लगा सकता है। (NASA / JPL)

जब आप किसी ग्रह से भिड़ते हैं, तो आप जितनी तेजी से आगे बढ़ रहे हैं, उतनी ही अधिक ईंधन आपको अपने अंतरिक्ष यान में शामिल करने की जरूरत है, जिससे आप अपने आप को कक्षा में डाल सकें। प्लूटो के लिए एक मिशन के लिए, कोई मौका नहीं था; न्यू होराइजन्स बहुत छोटा था और इसकी गति बहुत अधिक थी, प्लस प्लूटो का द्रव्यमान एक कक्षीय सम्मिलन करने की कोशिश करने के लिए काफी कम है। लेकिन नेप्च्यून और यूरेनस के लिए, खासकर अगर हम बृहस्पति और संभवतः शनि से सही गुरुत्वाकर्षण का चयन करते हैं, तो यह संभव हो सकता है। यदि हम सिर्फ यूरेनस के लिए जाना चाहते हैं, तो हम 2020 के दौरान किसी भी वर्ष लॉन्च कर सकते हैं। लेकिन अगर हम उन दोनों के लिए जाना चाहते हैं, जो कि हम करते हैं, 2034 का साल है! नेपच्यून और यूरेनस द्रव्यमान, तापमान और दूरी के संदर्भ में हमारे समान दिख सकते हैं, लेकिन वे वास्तव में शुक्र से अलग हो सकते हैं। इसका पता लगाने का केवल एक ही तरीका है। थोड़े से भाग्य, और बहुत सारे निवेश और कड़ी मेहनत के साथ, हम अपने जीवनकाल में पता लगा सकते हैं।

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(नोट: पूछने के लिए Patreon समर्थक एरिक जेन्सेन के लिए धन्यवाद!)

एक बैंग के साथ शुरुआत अब फोर्ब्स पर है, और हमारे पैट्रोन समर्थकों के लिए मध्यम धन्यवाद पर पुनर्प्रकाशित है। एथन ने दो किताबें, बियॉन्ड द गैलेक्सी और ट्रेकनोलॉजी: द साइंस ऑफ स्टार ट्रेक टू ट्राइकॉर्डर्स से ताना ड्राइव तक लिखी हैं।