MIssion til uranus

Nu vender vi tilbage til planeternes iskolde outsider

36 år efter det sidste besøg står Uranus nu øverst på NASA’s ønskeliste over rejsemål i rummet. En ny mission skal løse de mange mysterier, den mærkelige isklode gemmer på – og svarene vil række langt ud over vores eget solsystem.

36 år efter det sidste besøg står Uranus nu øverst på NASA’s ønskeliste over rejsemål i rummet. En ny mission skal løse de mange mysterier, den mærkelige isklode gemmer på – og svarene vil række langt ud over vores eget solsystem.

Shutterstock & Claus Lunau

Forestil dig en verden, hvor Solen står højt på himlen i 21 år ad gangen og i andre 21 år aldrig viser sig. En klode, som er væltet om på siden, så den nogle gange nærmest ruller frem i sin bane om Solen og til andre tider roterer modsat af sin banebevægelse – og som det i øvrigt er helt umuligt at orientere sig på, fordi magnetfeltet er det rene kaos.

Sådan en verden er Uranus. Solsystemets næstyderste planet adskiller sig på en række områder fra alle de andre, og i årtier har astronomerne ønsket sig mulighed for at studere den nærmere.

Nu ser det endelig ud til, at drømmen går i opfyldelse. I en ny rapport anbefaler USA’s Nationale Forskningsråd, at en rumrejse til Uranus bør være NASA’s flagskibsmission i 2030’erne. Målet er at sende en satellit i kredsløb om planeten i flere år, mens en målesonde skal dykke dybt ned i dens tætte atmosfære.

Rumsonden skal rejse i 12 år for at nå de næsten tre milliarder kilometer ud til Uranus.

Resultaterne skal både gøre os klogere på vores eget planetsystem og på solsystemer andre steder i Mælkevejen, hvor det har vist sig, at planeter, der ligner Uranus, er meget almindelige.

Men NASA’s teknikere får travlt. Rumfartøjet skal være klar til afgang i begyndelsen af 2030’erne. Hvis det ikke lykkes, må vi vente årtier på den næste chance.

36 år siden sidste besøg

Rejsen til Uranus bliver blandt de længste i rumfartens historie. Planeten kredser 2,88 milliarder kilometer fra Solen, næsten 20 gange længere ude end Jorden.

Derfor er Uranus også iskold og kaldes ligesom den yderste planet, Neptun, for en isgigant. Uranus vejer 14,5 gange mere end Jorden og har en diameter, som er fire gange større.

Kun én gang tidligere har et rumfartøj været i nærheden af Uranus. Det skete, da Voyager 2 i 1986 fløj forbi planeten i en afstand på 81.500 kilometer.

Voyager2 og Uranus 1986

Den 24. januar 1986 fløj sonden Voyager 2 forbi Uranus i en afstand på 81.500 km. Planeten har ikke haft besøg siden.

© Carlos Clarivan/SPL

Lige siden har astronomerne kun haft mulighed for at studere planeten på afstand, og forskerne har skreget på bedre observationer end de basale data, Voyagers simple instrumenter kunne levere.

Reelt bestemte sonden kun isgigantens farve, størrelse, temperatur, massefylde og magnetfelt. Og der skal mere til, før forskerne kan løse de mange gåder, planeten er omgærdet af.

Beslutningen om en ny mission til Uranus kan ikke trækkes meget længere.

Det vil tage syv-ti år at bygge rumfartøjet, som har fået navnet Uranus Orbiter and Probe. Det betyder, at det netop er muligt at få det sendt afsted i første halvdel af 2030’erne.

På det tidspunkt ligger Jupiter på linje med Uranus, og det er helt afgørende for missionen. Jupiter kan nemlig med sin tyngdekraft slynge rumsonden ud mod sit fjerne mål, så rejsen blot varer 12 år, hvilket sparer en masse brændstof og giver ekstra plads til instrumenter.

Den næste chance kommer først midt i århundredet, hvor planeterne igen står rigtigt.

To planeter hjælper rumsonden

Rejsen til Uranus begynder med en lille omvej forbi Venus. Herefter passerer rumfartøjet Jorden to gange, før det sætter kurs mod Jupiter, som giver det sidste skub ud mod Uranus.

© Shutterstock & Lotte Fredslund/Claus Lunau

Når rumfartøjet ankommer til Uranus, vil det møde en verden, som populært sagt slet ikke burde være der. Isgigantens placering så langt ude i Solsystemet er i sig selv et mysterium.

Forskerne mener, at det er helt usandsynligt, at Uranus og Neptun kan være født i deres nuværende positioner, fordi mængden af byggemateriale så langt ude i det unge Solsystem simpelthen var for lille.

Den fremherskende teori lyder derfor, at isgiganterne blev dannet tættere på Solen for siden at blive slynget længere ud i Solsystemet, da gaskæmperne Jupiter og Saturn faldt på plads i deres nuværende baner.

En satellit i kredsløb kan teste teorien ved at måle Uranus’ indhold af grundstoffer og sammenligne med sammensætningen i Jupiter og Saturn.

Metan farver planeten blå

Astronomerne mener, at Uranus er bygget op af en kerne af jern, nikkel og klippe, og at der udenom ligger en tyk kappe af is, som er sammensat af vand, ammoniak og metan.

Atmosfæren består primært af brint og helium, men indeholder også et par procent metan, som giver isgiganten dens lyseblå farve, fordi metan reflekterer blåt sollys ud i rummet.

Uranus har to ringe omkring ækvator og 27 måner. De fem største er formentlig dannet samtidig med planeten, mens de øvrige kan være indfanget senere af Uranus’ tyngdefelt.

Uranus og de fem måner

Uranus’ isblå farve skyldes metan i atmosfæren, som reflekterer de blå bølgelængder i Solens lys.

© Qai Publishing/Universal Images Group/SPL

Hele systemet ville se normalt ud, hvis det ikke lige var for én ting: Uranus er væltet om på siden, så dens rotationsakse nærmest ligger i samme plan som dens bane om Solen.

Planeten er 84 jordiske år om et kredsløb, hvilket giver nogle lange, bizarre årstider. Set fra et punkt på planeten er Solen på himlen i 21 jordiske år, altså i én lang dag. De næste 21 år skifter et 17 timer langt døgn mellem nat og dag, og de efterfølgende 21 år er én lang, mørk nat.

Kollision væltede Uranus

Hvordan Uranus er endt med den mærkelige rotation, er uvist, men den førende teori går ud på, at isgiganten i Solsystemets barndom blev ramt af en klode med en masse på omkring det dobbelte af Jordens.

En sådan kollision ville være voldsom nok til at vælte Uranus om på siden. Isgiganten rummer ikke længere spor af sammenstødet, men den kommende mission vil måske afklare, om nogle af månerne indeholder materiale fra braget.

Uranus rammes

I sin ungdom kan Uranus være kollideret med en klode, som var ca. dobbelt så stor som Jorden. Det ville forklare, at Uranus er væltet om på siden, og at planeten er så kold.

© Ron MIller/SPL

Sammenstødet kan også give svar på en anden af Uranus’ gåder – nemlig at planeten er koldere end Neptun. Sådan burde det ikke være, for Neptun modtager 40 procent mindre sollys end Uranus.

Årsagen kan være, at det store sammenstød nærmest punkterede Uranus, så det meste af varmen fra kernen slap ud på én gang.

En anden teori lyder, at den liggende rotation gør polerne varmere end ækvator, hvilket kan have øget planetens varmetab. En tredje hypotese foreslår, at isgigantens kerne stadig er varm, men at et ukendt grænselag mellem kappen og atmosfæren hindrer varmen i at slippe ud.

Ret beset er alle tre teorier gæt­værk, men en satellit i kredsløb kan formentlig løse mysteriet.

Fem drømmerejser i det ydre Solsystem

Klase af planeter
© Shutterstock

Missioner til Solsystemets fjerneste kloder kan gøre os meget klogere på vores nabolag i universet – og bl.a. afsløre, om der er grundlag for liv andre steder end på Jorden. Især fem rejsemål står højt på astronomernes ønskeliste.

Det samme gælder den allerstørste gåde, Uranus gemmer på i sit indre, nemlig det kaotiske magnetfelt.

I hovedfeltet er de magnetiske poler forrykket med 59 grader fra planetens rotationsakse, hvilket svarer til, at Jordens nordpol skulle befinde sig i Europa. Samtidig har Uranus en række stærke regionale magnetfelter.

Begge dele står i stærk kontrast til magnetfelterne i Solsystemets fire klippeplaneter og to gasgiganter, hvor den magnetiske akse er tæt på rotationsaksen, og hvor felterne minder om det velordnede felt fra en stangmagnet.

Spækket med instrumenter

For at løse de mange mysterier skal Uranus Orbiter and Probe medbringe et væld af videnskabelige instrumenter. Detaljerne på rumfartøjet kan ændre sig de kommende år, men det overordnede design af satellitten og målesonden er på plads.

Cl satellit

Rumfartøjet består af to dele: en satellit (1), som skal i kredsløb om Uranus, og en målesonde (2), som skal ned gennem atmosfæren.

© Claus Lunau

Satellitten er bl.a. udstyret med fire gyroskoper, som skal bruges til at undersøge Uranus’ indre opbygning. Det sker vha. tyngdemålinger, hvor gyroskoperne registrerer, hvordan variationerne i isgigantens tyngdefelt påvirker satellittens bane under kredsløbene.

Et magnetometer skal kortlægge isgigantens kaotiske magnetfelt, og satellittens kamera skal fotografere overfladen af Uranus og det øverste skydække.

Et dramatisk højdepunkt bliver, når satellitten efter ankomsten frigiver den målesonde, som skal dykke ned i atmosfæren.

Når rumfartøjet går i kredsløb om Uranus, sender det en målesonde på selvmordsmission ned gennem atmosfæren.

Trin1 to planeter hjælper
© Claus Lunau

1. Varmeskjold beskytter sonden

Sonden møder atmosfæren med 22,5 km i sekundet. Et varmeskjold beskytter den mod at brænde op. Efter 96 sekunder udløser sonden den første af sine i alt tre faldskærme.

Trin2 to planeter hjælper
© Claus Lunau

2. Faldskærme tager farten af

Den første lille faldskærm trækker en større skærm ud fra sonden. Efter 103 sekunder er farten blevet sænket så meget, at sonden kan undvære varmeskjoldet, som kastes af.

Trin3 to planeter hjælper
© Claus Lunau

3. Tre minutters målinger begynder

Den store faldskærm skiftes efter 27 minutter ud med en ny. Først nu begynder målingerne. Tre minutter efter, når sonden er nået 1000 km ned i skyerne, bukker den under for trykket.

Sonden indeholder en sensor­­pakke, som måler temperatur, tryk og massetæthed. Samtidig bestemmer et massespektrometer atmosfærens præcise indhold af brint, helium og metan.

Den veludrustede mission vil uden tvivl levere et væld af data, som giver en helt ny forståelse af Uranus. Samtidig vil vi blive klogere på andre solsystemer.

Astronomerne har nu opdaget over 5000 planeter om fremmede stjerner, og hele 40 procent af dem er isgiganter. Det er derfor vigtigt at finde ud af, hvordan de dannes, og hvilken rolle de generelt spiller for solsystemers udvikling.

På den måde kan vi også få indblik i, hvor meget vores solsystem ligner andre, og dermed hvor specielt vores hjem i universet er.