Planetaire wetenschappers hebben dringend nieuwe studies van Uranus en Neptunus nodig, aangezien deze ijsreuzenwerelden niet meer zijn bezocht sinds de Voyager-missie eind jaren tachtig. Als er een ruimtevaartuig verschijnt, dat een bron van informatie over deze planeten zal worden, zal het ook veel dieper in het universum kunnen kijken. Door de veranderingen in de radiosignalen van een of meer van dergelijke ruimtevaartuigen nauwlettend te volgen, zouden astronomen mogelijk rimpelingen in de zwaartekracht kunnen zien die worden veroorzaakt door enkele van de meest gewelddadige gebeurtenissen in het universum.
De enige close-upbeelden van Uranus en Neptunus die we hebben, zijn afkomstig van het ruimtevaartuig Voyager 2, dat eind jaren tachtig langs deze planeten vloog. Sindsdien hebben we sondes naar Mercurius gestuurd, missies naar Jupiter en Saturnus gestuurd, monsters van asteroïden en kometen verzameld en rover na rover naar Mars gelanceerd.
Maar niet Uranus of Neptunus. Een hele generatie planetaire wetenschappers kon ze alleen bestuderen met telescopen op de grond en af en toe een glimp van de Hubble-ruimtetelescoop. De enige vertraging is dat het vanwege de grote afstand tot Neptunus en Uranus ongelooflijk moeilijk is om daar payloads te lanceren.
Als we in het begin van de jaren 2030 een missie lanceren op een raket die krachtig genoeg is, zoals NASA's Space Launch System, zou de missie Jupiter in iets minder dan twee jaar kunnen bereiken. Eén ruimtevaartuig zou in twee componenten kunnen worden gesplitst, één op weg naar Uranus (die het in 2042 bereikt) en de andere naar Neptunus (die zijn baan in 2044 bereikt). Als ze eenmaal op hun plaats zijn, kunnen deze orbiters hun station meer dan 10 jaar behouden, net als de beroemde Cassini-missie naar Saturnus.
Tijdens de lange reis naar deze ijzige plaatsen kunnen dezelfde ruimtesondes ook inzicht bieden in een heel ander soort wetenschap: zwaartekrachtsgolven. Op aarde reflecteren natuurkundigen laserstralen langs sporen van enkele kilometers lang om de lengte van zwaartekrachtsgolven te meten. Wanneer golven (die rimpelingen zijn in het weefsel van de ruimte-tijd zelf) door de aarde gaan, vervormen ze objecten door ze afwisselend samen te drukken en uit te rekken. Binnen in de detector veranderen deze golven enigszins in lengte tussen verre spiegels, waardoor het pad van het licht in observatoria voor zwaartekrachtgolven met een kleine hoeveelheid wordt beïnvloed (meestal minder dan de breedte van een atoom).
Voor radiocommunicatie met een afgelegen ruimtemissie terug naar de aarde is het effect vergelijkbaar. Als een zwaartekrachtgolf door het zonnestelsel gaat, verandert de afstand tot het ruimtevaartuig, waardoor de sonde iets dichter bij ons komt, dan verder weg en dan weer dichterbij. Als het ruimtevaartuig tijdens zijn vlucht had uitgezonden, zouden we een Doppler-verschuiving hebben gezien in de frequentie van zijn radiocommunicatie. Als twee van dergelijke ruimtevaartuigen tegelijkertijd zouden werken, zouden astronomen nauwkeurigere waarnemingen van deze verschuiving kunnen geven.
Met andere woorden, deze verre ruimtesondes kunnen dubbel werk doen als 's werelds grootste observatoria voor zwaartekrachtgolven.
Het grootste technologische obstakel is de mogelijkheid om de radiofrequentie van het ruimtevaartuig met ongelooflijk hoge nauwkeurigheid te meten. Ons vermogen om het te meten zou minstens 100 keer beter moeten zijn dan we konden bereiken tijdens Cassini's Saturnus-flyby.
Het klinkt ingewikkeld, maar het is tientallen jaren geleden dat Cassini werd ontworpen en we verbeteren voortdurend onze communicatietechnologie. En nu ontwikkelen natuurkundigen hun eigen op de ruimte gebaseerde zwaartekrachtgolfdetectoren, zoals de Laser Interferometer Space Antenna (LISA), waarvoor sowieso vergelijkbare technologie nodig is. Aangezien de missie van de ijsreus bijna tien jaar verwijderd is, zouden we nog meer middelen kunnen investeren in de ontwikkeling van de nodige technologieën.
Als we dit gevoeligheidsniveau kunnen doorbreken, zal de buitengewone lengte van deze zwaartekrachtgolfdetector "arm" (letterlijk miljarden keren langer dan onze huidige detectoren) in staat zijn om veel extreme gebeurtenissen in het universum te detecteren.
Lees ook:
Laat een reactie achter