Planeetatieteilijät tarvitsevat kipeästi uusia tutkimuksia Uranuksesta ja Neptunuksesta, koska näissä jättiläismaailmoissa ei ole vierailtu 1980-luvun lopun Voyager-tehtävän jälkeen. Jos ilmaantuu avaruusalus, josta tulee tiedon lähde näistä planeetoista, se pystyy myös katsomaan paljon syvemmälle maailmankaikkeuteen. Seuraamalla tarkasti yhden tai useamman tällaisen avaruusaluksen radiosignaalien muutoksia tähtitieteilijät voivat mahdollisesti nähdä painovoiman aaltoiluja, jotka johtuvat joidenkin maailmankaikkeuden rajuimmista tapahtumista.
Ainoat lähikuvat Uranuksesta ja Neptunuksesta ovat tulleet Voyager 2 -avaruusaluksesta, joka lensi näiden planeettojen ohi 1980-luvun lopulla. Sittemmin olemme lähettäneet luotainta Merkuriukseen, tehneet Jupiteriin ja Saturnukseen, keränneet näytteitä asteroideista ja komeetoista ja lähettäneet kulkija toisensa jälkeen Marsiin.
Mutta ei Uranusta tai Neptunusta. Kokonainen planeettatieteilijöiden sukupolvi pystyi tutkimaan niitä vain maassa sijaitsevilla teleskoopeilla ja satunnaisilla välähdyksellä Hubble-avaruusteleskoopista. Ainoa viive on se, että Neptunuksen ja Uranuksen suuren etäisyyden vuoksi on uskomattoman vaikeaa laukaista hyötykuormia sinne.
Jos käynnistäisimme tehtävän 2030-luvun alussa riittävän voimakkaalla raketilla, kuten NASA:n Space Launch Systemillä, operaatio voisi saavuttaa Jupiterin vajaassa kahdessa vuodessa. Yksi avaruusalus voisi jakaantua kahteen osaan, joista toinen suuntasi Uranukseen (saavuttaa sen vuonna 2042) ja toinen Neptunukseen (saavuttaa kiertoradansa vuonna 2044). Kun nämä kiertoradat ovat paikallaan, ne voivat onnella säilyttää asemansa yli 10 vuotta, aivan kuten kuuluisa Cassini-lento Saturnukseen.
Lisätutkimukset
Pitkän matkan aikana näihin jäisiin paikkoihin samat avaruusluotaimet voivat tarjota käsityksen myös hyvin erilaisesta tieteestä – gravitaatioaalloista. Maapallolla fyysikot heijastavat lasersäteitä useiden kilometrien pituisia raitoja pitkin mittaakseen gravitaatioaaltojen pituuden. Kun aallot (jotka ovat aaltoja itse avaruus-ajan kudoksessa) kulkevat Maan läpi, ne vääristävät esineitä vuorotellen puristamalla ja venyttämällä niitä. Ilmaisimen sisällä näiden aaltojen pituus muuttuu hieman kaukaisten peilien välillä, mikä vaikuttaa valon polkuun gravitaatioaaltojen observatorioissa pienellä määrällä (yleensä vähemmän kuin atomin leveys).
Radioviestinnässä etäavaruusoperaation kanssa takaisin Maahan, vaikutus on samanlainen. Jos gravitaatioaalto kulkee aurinkokunnan läpi, se muuttaa etäisyyttä avaruusalukseen, jolloin luotain on hieman lähempänä meitä, sitten kauempana ja sitten taas lähempänä. Jos avaruusalus olisi lähettänyt koko lennon ajan, olisimme nähneet Doppler-siirtymän sen radioviestinnän taajuudessa. Kahden tällaisen avaruusaluksen toimiminen samanaikaisesti antaisi tähtitieteilijöille tarkempia havaintoja tästä muutoksesta.
Toisin sanoen nämä kaukaiset avaruusluotaimet voivat suorittaa kaksinkertaisen tehtävän maailman suurimpana gravitaatioaallon observatorioina.
Suurin teknologinen este on kyky mitata avaruusaluksen radiotaajuutta uskomattoman suurella tarkkuudella. Kykymme mitata sitä pitäisi olla vähintään 100 kertaa parempi kuin voisimme saavuttaa Cassinin Saturnuksen ohilennolla.
Se kuulostaa monimutkaiselta, mutta Cassinin suunnittelusta on kulunut vuosikymmeniä, ja kehitämme jatkuvasti viestintätekniikkaamme. Ja nyt fyysikot kehittävät omia avaruuteen perustuvia gravitaatioaaltoilmaisimia, kuten laserinterferometri-avaruusantennia (LISA), joka vaatii joka tapauksessa samanlaista tekniikkaa. Koska jääjättiläisen tehtävä on lähes kymmenen vuoden päässä, voisimme panostaa vieläkin enemmän tarvittavien teknologioiden kehittämiseen.
Jos pystymme rikkomaan tämän herkkyystason, tämän gravitaatioaallonilmaisimen "varren" poikkeuksellisen pitkä (kirjaimellisesti miljardeja kertoja pidempi kuin nykyiset ilmaisimemme) pystyy havaitsemaan monia äärimmäisiä tapahtumia universumissa.
Lue myös: