Sonde su Urano e Nettuno: sfide e simulazioni

Sonde su Urano e Nettuno: sfide e simulazioni

Scommetto che non ti aspettavi che fosse viola. (Gruppo diagnostico del flusso ad alta entalpia dell’Università di Stoccarda)

Urano e Nettuno, nonostante siano pianeti gassosi simili a Giove e Saturno, presentano importanti differenze nella loro composizione. Gli scienziati planetari sono interessati a inviare una sonda su uno dei due pianeti, ma il finanziamento è incerto e ci vorranno molti anni per raggiungerli, se l’approvazione verrà data. Nel frattempo, l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha cercato di replicare le atmosfere di Urano e Nettuno per simulare ciò che una sonda sperimenterebbe entrando nell’atmosfera di questi giganti di ghiaccio.

Come Giove e Saturno, Urano e Nettuno sono principalmente composti da idrogeno ed elio. Tuttavia, le loro concentrazioni di metano sono più alte rispetto a quelle di Giove e Saturno, con valori rispettivamente del 2,3% e del 1,5%. Tutti gli altri gas sono presenti in tracce.

Un modello in scala ridotta della sonda Galilleo che è entrata in Giove entrando in un'atmosfera più simile a quella di Urano o Nettuno

Un modello in scala ridotta della sonda Galileo che è entrata in Giove entrando in un’atmosfera più simile a quella di Urano o Nettuno (Università di Oxford)

Nel prossimo futuro, è probabile che la NASA guidi almeno una missione su uno dei giganti di ghiaccio, ma l’ESA è interessata a partecipare.

Un tunnel del vento rivela il calore sperimentato quando una sonda spaziale modello incontra lo shock di incontrare l'atmosfera di Urano o Nettuno.

Un tunnel del vento rivela il calore sperimentato quando una sonda spaziale modello incontra lo shock di incontrare l’atmosfera di Urano o Nettuno. (Gruppo diagnostico del flusso ad alta entalpia dell’Università di Stoccarda)

Per simulare le condizioni che una sonda sperimenterebbe entrando nell’atmosfera di Urano o Nettuno, sono stati condotti esperimenti utilizzando tunnel al plasma presso l’Università di Oxford e l’Università di Stoccarda. Sono stati sparati gas appropriati per creare immagini che potrebbero rappresentare una futura sonda durante la sua discesa finale, senza scopi di intrattenimento.

Oltre ai loro gas esterni, si ritiene che Urano e Nettuno abbiano enormi oceani di liquidi supercritici. Tuttavia, nessuna sonda potrebbe sopravvivere a lungo all’interno di questi pianeti, proprio come la sonda Cassini non ha resistito a Saturno. L’obiettivo è far sopravvivere l’astronave il più a lungo possibile per ottenere il massimo delle informazioni. La sfida consiste nel progettare un sistema di protezione termica ad alte prestazioni che possa resistere alle alte pressioni e temperature che una sonda incontrerebbe durante la sua entrata nell’atmosfera. Louis Walpot dell’ESA ha dichiarato che per iniziare a progettare un tale sistema, è necessario adattare le strutture di prova europee per riprodurre le composizioni atmosferiche e le velocità coinvolte.

Attualmente, non esistono strutture in Europa che possano simulare un ambiente con le composizioni di idrogeno, elio e metano presenti su Urano e Nettuno. Inoltre, nessuna delle strutture è ancora in grado di raggiungere la velocità a cui una sonda entrerebbe in uno dei due pianeti, che è di circa 24 km/s (54.000 miglia all’ora). Tuttavia, il team di ricerca si sta avvicinando a questa velocità, spingendo il plasma oltre la sonda modello a 19 km/s (43.000 miglia all’ora). Le strutture possono misurare il calore che la sonda sperimenterebbe sia per convezione che per radiazione. Gli esperimenti hanno anche rivelato che anche piccole quantità di metano influenzano lo spettro di radiazione intorno alla regione che sperimenta lo shock, rispetto alle condizioni dominate da idrogeno e carbonio.

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