Planetenwissenschaftler brauchen dringend neue Studien von Uranus und Neptun, da diese Eisriesenwelten seit der Voyager-Mission Ende der 1980er Jahre nicht mehr besucht wurden. Wenn ein Raumschiff auftaucht, das zu einer Informationsquelle über diese Planeten wird, kann es auch viel tiefer in das Universum blicken. Durch die genaue Überwachung von Änderungen in den Funksignalen von einem oder mehreren dieser Raumfahrzeuge könnten Astronomen möglicherweise Wellen in der Schwerkraft sehen, die durch einige der heftigsten Ereignisse im Universum verursacht werden.
Die einzigen Nahaufnahmen von Uranus und Neptun, die wir haben, stammen von der Raumsonde Voyager 2, die Ende der 1980er Jahre an diesen Planeten vorbeiflog. Seitdem haben wir Sonden zum Merkur, Missionen zum Jupiter und Saturn geschickt, Proben von Asteroiden und Kometen gesammelt und einen Rover nach dem anderen zum Mars gestartet.
Aber nicht Uranus oder Neptun. Eine ganze Generation von Planetenwissenschaftlern konnte sie nur mit bodengestützten Teleskopen und gelegentlichen Blicken vom Hubble-Weltraumteleskop untersuchen. Die einzige Verzögerung besteht darin, dass es aufgrund der großen Entfernung zu Neptun und Uranus unglaublich schwierig ist, dort Nutzlasten zu starten.
Wenn wir Anfang der 2030er Jahre eine Mission mit einer ausreichend starken Rakete wie dem Space Launch System der NASA starten würden, könnte die Mission den Jupiter in knapp zwei Jahren erreichen. Ein Raumschiff könnte sich in zwei Komponenten aufteilen, eine Richtung Uranus (erreicht ihn 2042) und die andere Richtung Neptun (erreicht seine Umlaufbahn 2044). Einmal an Ort und Stelle, können diese Orbiter mit etwas Glück ihre Station für mehr als 10 Jahre aufrechterhalten, so wie es die berühmte Cassini-Mission zum Saturn tat.
Zusätzliche Studien
Auf der langen Reise zu diesen eisigen Orten können dieselben Raumsonden auch Einblicke in eine ganz andere Art von Wissenschaft bieten – Gravitationswellen. Auf der Erde reflektieren Physiker Laserstrahlen entlang mehrerer Kilometer langer Bahnen, um die Länge von Gravitationswellen zu messen. Wenn Wellen (die Wellen im Gewebe der Raumzeit selbst sind) die Erde passieren, verzerren sie Objekte, indem sie sie abwechselnd komprimieren und dehnen. Im Inneren des Detektors ändern diese Wellen zwischen entfernten Spiegeln geringfügig ihre Länge, was den Lichtweg in Gravitationswellen-Observatorien um einen winzigen Betrag (normalerweise weniger als die Breite eines Atoms) beeinflusst.
Für die Funkkommunikation mit einer entfernten Weltraummission zurück zur Erde ist der Effekt ähnlich. Wenn eine Gravitationswelle das Sonnensystem durchläuft, ändert sie den Abstand zum Raumschiff, wodurch die Sonde etwas näher an uns herankommt, dann weiter weg und dann wieder näher. Wenn das Raumschiff während seines gesamten Fluges gesendet hätte, hätten wir eine Doppler-Verschiebung in der Frequenz seiner Funkkommunikation gesehen. Der gleichzeitige Betrieb von zwei solchen Raumfahrzeugen würde den Astronomen genauere Beobachtungen dieser Verschiebung ermöglichen.
Mit anderen Worten, diese weit entfernten Raumsonden können als größte Gravitationswellen-Observatorien der Welt eine doppelte Aufgabe erfüllen.
Das größte technologische Hindernis ist die Fähigkeit, die Funkfrequenz des Raumfahrzeugs mit unglaublich hoher Genauigkeit zu messen. Unsere Fähigkeit, es zu messen, sollte mindestens 100-mal besser sein, als wir es während Cassinis Saturn-Vorbeiflug erreichen konnten.
Es klingt kompliziert, aber es ist Jahrzehnte her, seit Cassini entwickelt wurde, und wir verbessern ständig unsere Kommunikationstechnologie. Und jetzt entwickeln Physiker ihre eigenen weltraumgestützten Gravitationswellendetektoren wie die Laser Interferometer Space Antenna (LISA), die ohnehin eine ähnliche Technologie benötigen. Da die Mission des Eisriesen fast zehn Jahre entfernt ist, könnten wir noch mehr Ressourcen in die Entwicklung der notwendigen Technologien investieren.
Wenn wir dieses Empfindlichkeitsniveau durchbrechen können, wird die außergewöhnliche Länge dieses Gravitationswellendetektor-"Arms" (buchstäblich Milliarden Mal länger als unsere derzeitigen Detektoren) in der Lage sein, viele extreme Ereignisse im Universum zu erkennen.
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