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Os planetas gigantes – Júpiter, Saturno, Urano e Netuno – são alguns dos mais inspiradores do nosso Sistema Sun e têm grande importância para a pesquisa espacial e nossa compreensão do universo maior.
No entanto, eles continuam sendo os menos explorados – especialmente os “gigantes do gelo” Urano e Netuno – devido à sua distância da Terra e às condições extremas que as naves espaciais devem sobreviver para entrar em suas atmosferas. Como tal, eles também são os planetas menos compreendidos do Sistema Sun.
Nosso em progresso pesquisa analisa como superar as duras condições de entrada experimentadas durante missões de planetas gigantes. Enquanto esperamos por potenciais futuras missões, aqui está o que podemos esperar.
Mas primeiro, o que são planetas gigantes?
Ao contrário dos planetas rochosos, os planetas gigantes não têm superfície para pousar. Mesmo em suas atmosferas mais baixas, eles permanecem gasosos, atingindo pressões extremamente altas que esmagariam qualquer espaçonave bem antes que ela pudesse pousar em algo sólido.
Existem dois tipos de planetas gigantes: gigantes gasosos e gigantes de gelo.
Os maiores Júpiter e Saturno são gigantes gasosos. Estes são feitos principalmente de hidrogênio e hélio, com uma camada gasosa externa e uma camada “metálica” parcialmente líquida abaixo dela. Acredita-se também que tenham um pequeno núcleo rochoso.
Urano e Netuno têm atmosferas externas e núcleos rochosos semelhantes, mas sua camada interna é composta por cerca de 65% de água e outros chamados “gelos” (embora tecnicamente permaneçam líquidos), como metano e amônia.
Estilingues para a borda do Sistema Sun
Qualquer missão de planeta gigante é extremamente difícil. Ainda assim, houve algumas missões anteriores enviadas aos gigantes do gás.
A missão Galileo da NASA em 1989 teve que girar em torno de Vênus e da Terra para dar impulso suficiente para chegar a Júpiter, que orbitou por oito anos. O 2011 Missão Juno passou cinco anos em trânsito, usando um sobrevoo ao redor da Terra para chegar a Júpiter (que ainda orbita).
Da mesma forma, a missão Cassini-Huygens dirigida pela NASA e pela Agência Espacial Europeia (ESA) levou sete anos para chegar a Saturno. A espaçonave passou 13 anos explorando o planeta e seus arredores e lançou uma sonda para explorar a lua de Saturno, Titã.
Os tempos de voo ficam ainda mais longos para os dois gigantes do gelo, que estão muito mais distantes do Sol. Nenhum deles teve uma missão dedicada até agora.
Uma jornada complexa
A última e única espaçonave a visitar os gigantes do gelo foi Voyager 2que passou por Urano em 1986 e Netuno em 1989.
Enquanto o impulso está crescendo para um retorno, não será simples. Se lançarmos durante o próximo conveniente iniciar janelas de 2030–34 para Urano e 2029–30 para Netuno, os tempos de voo variam de 11 a fifteen anos.
Uma questão importante é o poder. A espaçonave Juno é o objeto mais distante do Sol a ter painéis solares usados. Ele orbita Júpiter, que é cinco vezes mais longe do Sol do que a Terra. No entanto, onde as células solares da Juno gerariam 14 quilowatts de energia contínua na Terra, elas apenas gerar 0,5 kW em Júpiter.
Enquanto isso, Urano e Netuno são 20 e 30 vezes mais longe, respectivamente, do Sol do que a Terra. A energia para essas missões teria que ser gerada a partir da energia radioativa decaimento do plutônio (a fonte de energia para as missões Galileo e Cassini).
Esse decaimento radioativo pode danificar e interferir nos instrumentos. É, portanto, reservado para naves espaciais que realmente precisam, como missões que operam longe do Sol.
Combatendo o calor
A enorme escala de planetas gigantes significa que as velocidades de órbita das naves espaciais que chegam são incrivelmente rápidas. E essas velocidades aquecem muito a espaçonave.
A sonda Galileu entrou na atmosfera de Júpiter em 47,5 quilômetros por segundo, sobrevivendo às condições de entrada mais severas já experimentadas por uma sonda de entrada. A camada de choque que se formou na frente da espaçonave durante a entrada atingiu uma temperatura de 16.000 ℃ – cerca de três vezes a temperatura da superfície do Sol.
Mesmo assim, a distribuição do escudo de calor a massa foi considerada ineficiente – mostrando que ainda temos muito a aprender sobre entrar em planetas gigantes.
As futuras missões de sonda propostas para Urano e Netuno ocorreriam em velocidades de entrada mais lentas de 22km/s e 26km/srespectivamente.
Para isso, a NASA desenvolveu um subject material resistente, mas relativamente leve, tecido a partir de fibra de carbono, chamado HEET (Heatshield for Excessive Access Atmosphere Generation), projetado especificamente para sobreviver ao planeta gigante e à entrada venusiana.
Embora o subject material tenha sido testado com um protótipo em escala actualainda não voou em uma missão.
Os próximos passos
Em 2024, a missão Europa Clipper da NASA lançará para investigar a lua de Júpiter Europa, que se acredita abrigar um oceano de água líquida abaixo de sua superfície gelada, onde podem ser encontrados sinais de vida. O Libélula A missão, planejada para ser lançada em 2026, também terá como objetivo procurar sinais de vida na lua de Saturno, Titã.
Há planos para uma união missão NASA-ESA para visitar um dos gigantes do gelo na próxima janela de lançamento. Mas enquanto houve extenso preparaçãoestá indeciso qual gigante de gelo será visitado.
Uma única missão para ambos os planetas está sendo considerada. Uma sonda de entrada também está planejada. Mas se a missão visitar os dois planetas, não se sabe qual é o planeta atmosfera que a sonda exploraria.
Se quisermos cumprir a próxima janela de lançamento, espera-se que os conceitos de missão precisem ser finalizados até 2025, o mais tardar. Em outras palavras, a hora da crise está chegando.
Caso uma missão avance, as duas coisas mais importantes metas para os cientistas da NASA será determinar a composição inner dos gigantes de gelo (exatamente do que são feitos) e sua composição (como são formados).
Outros objetivos incluirão o estudo de seus campos magnéticos, que são muito diferente de gigantes gasosos e todos os outros tipos de planetas.
Eles também vão querer estudar o calor liberado por Urano e Netuno, que têm temperaturas médias em torno de -200 ℃. Todos os planetas gigantes devem esfriar muito lentamente, pois liberam energia adquirida durante sua formação.
Esta liberação de calor pode ser detectada para Júpiter, Saturno e Netuno. Urano, no entanto, não parece liberar calor – e os cientistas não sabem por quê.
Artigo de Chris JamesARC DECRA Fellow, Middle for Hypersonics, College of Mechanical and Mining Engineering, A Universidade de Queensland e Yu LiuCompanheiro Honorário, A Universidade de Queensland
Este artigo é republicado de A conversa sob uma licença Inventive Commons. Leia o artigo authentic.
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