دانشمندان سیاره‌شناسی شدیداً به مطالعات جدید درباره اورانوس و نپتون نیاز دارند، زیرا این جهان‌های غول‌پیکر یخی از زمان مأموریت وویجر در اواخر دهه 1980 مورد بازدید قرار نگرفته‌اند. اگر فضاپیمایی ظاهر شود که به منبع اطلاعاتی در مورد این سیارات تبدیل شود، می‌تواند بسیار عمیق‌تر به جهان نگاه کند. با نظارت دقیق بر تغییرات سیگنال های رادیویی از یک یا چند فضاپیما، ستاره شناسان به طور بالقوه می توانند امواج گرانش ناشی از برخی از خشن ترین رویدادهای جهان را مشاهده کنند.
تنها تصاویر نزدیک از اورانوس و نپتون از فضاپیمای وویجر 2 گرفته شده است که در اواخر دهه 1980 از کنار این سیارات عبور کرد. از آن زمان، ما کاوشگرها را به عطارد، مأموریت‌هایی به مشتری و زحل فرستاده‌ایم، نمونه‌هایی از سیارک‌ها و دنباله‌دارها را جمع‌آوری کرده‌ایم، و مریخ نورد پس از دیگری را به مریخ پرتاب کرده‌ایم.
اما نه اورانوس یا نپتون. یک نسل کامل از دانشمندان سیاره‌شناسی توانستند آنها را فقط با تلسکوپ‌های زمینی و اجمالی اجمالی از تلسکوپ فضایی هابل مطالعه کنند. تنها تأخیر این است که به دلیل فاصله زیاد تا نپتون و اورانوس، پرتاب محموله ها به آنجا بسیار دشوار است.
اگر ما در اوایل دهه 2030 ماموریتی را با یک موشک به اندازه کافی قدرتمند مانند سیستم پرتاب فضایی ناسا انجام دهیم، این ماموریت می تواند در کمتر از دو سال به مشتری برسد. یک فضاپیما می تواند به دو بخش تقسیم شود، یکی به سمت اورانوس (در سال 2042 به آن می رسد) و دیگری به سمت نپتون (در سال 2044 به مدار خود می رسد). پس از قرار گرفتن در محل، با شانس، این مدارگردها می توانند ایستگاه خود را برای بیش از 10 سال حفظ کنند، همانطور که ماموریت معروف کاسینی به زحل انجام داد.
مطالعات تکمیلی
در طول سفر طولانی به این مکان‌های یخی، همان کاوشگرهای فضایی ممکن است بینشی از نوع بسیار متفاوتی از علم - امواج گرانشی - ارائه دهند. بر روی زمین، فیزیکدانان برای اندازه گیری طول امواج گرانشی، پرتوهای لیزر را در طول مسیرهایی به طول چندین مایل منعکس می کنند. هنگامی که امواج (که امواجی در تار و پود خود فضا-زمان هستند) از زمین عبور می کنند، اجسام را با فشرده سازی و کشش متناوب آنها را منحرف می کنند. در داخل آشکارساز، طول این امواج بین آینه های دور کمی تغییر می کند و مسیر نور را در رصدخانه های امواج گرانشی به مقدار ناچیز (معمولا کمتر از عرض یک اتم) تحت تاثیر قرار می دهد.
برای ارتباط رادیویی با یک ماموریت فضایی از راه دور به زمین، این اثر مشابه است. اگر یک موج گرانشی از منظومه شمسی بگذرد، فاصله فضاپیما را تغییر می‌دهد و باعث می‌شود کاوشگر کمی به ما نزدیک‌تر، سپس دورتر و دوباره نزدیک‌تر شود. اگر فضاپیما در طول پرواز خود مخابره می کرد، ما شاهد تغییر فرکانس دوپلر در فرکانس ارتباطات رادیویی آن بودیم. داشتن دو فضاپیما که به طور همزمان کار می کنند، مشاهدات دقیق تری از این تغییر را به ستاره شناسان می دهد.
به عبارت دیگر، این کاوشگرهای فضایی دور می توانند به عنوان بزرگترین رصدخانه امواج گرانشی جهان، وظیفه مضاعف را انجام دهند.
بزرگترین مانع تکنولوژیکی توانایی اندازه گیری فرکانس رادیویی فضاپیما با دقت فوق العاده بالا است. توانایی ما برای اندازه گیری آن باید حداقل 100 برابر بهتر از آن باشد که در طول پرواز کاسینی در کنار زحل به دست آوریم.
پیچیده به نظر می رسد، اما دهه ها از طراحی کاسینی می گذرد و ما دائماً در حال بهبود فناوری ارتباطات خود هستیم. و اکنون فیزیکدانان در حال توسعه آشکارسازهای امواج گرانشی مبتنی بر فضا هستند، مانند آنتن فضایی تداخل سنج لیزری (LISA) که به هر حال به فناوری مشابهی نیاز دارد. از آنجایی که مأموریت غول یخی تقریباً ده سال دیگر است، می‌توانیم منابع بیشتری را برای توسعه فناوری‌های لازم سرمایه‌گذاری کنیم.
اگر بتوانیم این سطح از حساسیت را بشکنیم، طول خارق‌العاده این «بازوی» آشکارساز امواج گرانشی (به معنای واقعی کلمه میلیاردها برابر بیشتر از آشکارسازهای فعلی ما) می‌تواند بسیاری از رویدادهای شدید در جهان را تشخیص دهد.
همچنین بخوانید: