探索冰巨星:如何模擬天王星和海王星的大氣探測
61 觀看·2023年11月20日
在經過特殊改裝的歐洲激波管和等離子設備中,科學家們成功再現了“冰巨星”天王星和海王星獨特的大氣組成,模擬了對它們的深層探測。儘管在試驗中實現了相當於每秒19公里的等效速度,但仍需要進一步努力以達到實際的飛探測器進入這些氣體巨星時所需的速度。
這次測試在英國牛津大學的高超聲速等離子體T6斯托克隧道內進行,還利用了德國斯圖加特大學高焓流診斷團隊的等離子風洞。
無論是通過碰撞、著陸還是大氣探測,人造航天器已經觸及了太陽系的所有行星,除了兩個:處於太陽系外部的氣體巨星天王星和海王星。
天王星和海王星是太陽系中最遠的兩顆行星,它們的軌道周期分別為84年和165年,這意味著它們的季節變化非常緩慢。天王星的軸傾角為98度,幾乎與其軌道平面垂直,導致它的一極在夏季長達42年地面對太陽,而另一極則處於黑暗的冬季。海王星的軸傾角為28度,與地球相似,但由於其遠離太陽的位置,它的表面溫度平均只有-200攝氏度。
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在經過特殊改裝的歐洲激波管和等離子設備中
科學家們成功再現了冰巨星天王星和海王星
獨特的大氣組成
模擬了對它們的深層探測
儘管在試驗中實現了相當於每秒19公里的等效速度
但仍需要進一步努力以達到實際的非探測器
進入這些氣體巨星時所需的速度
這次測試在英國牛津大學的
高超聲速等離子體T6斯托克隧道內進行
還利用了德國斯圖加特大學
無論是通過碰撞、着陸還是大氣探測
人造航天器已經觸及了太陽系的所有行星
除了兩個處於太陽系外部的氣體巨星天王星和海王星
天王星和海王星是太陽系中最遠的兩顆行星
它們的軌道週期分別爲84年和165年
這意味着它們的季節變化非常緩慢
天王星的軸傾角爲98度
幾乎與其軌道平面垂直
導致它的一極在夏季長達42年的面對太陽
而另一極則處於黑暗的冬季
海王星的軸傾角爲28度
與地球相似
但由於其遠離太陽的位置
它的表面溫度平均只有零下200攝氏度
天王星和海王星的內部結構也有所不同
天王星的核心由岩石和金屬組成
佔其質量的約15%
而海王星的核心則更大
佔其質量的約25%
天王星的外層主要由水鞍和甲烷的混合物組成
而海王星的外層則更富含氫和氦
類似於木星和土星
兩顆行星都有強大的磁場
但它們的磁場與其自轉軸的偏離程度都很大
導致它們的磁層非常複雜和不穩定
天王星和海王星都有多個衛星核環
其中最著名的是天王星的泰坦尼亞和海王星的特里同
泰坦尼亞是太陽系中最大的衛星之一
它的直徑爲1578公里
它的表面由冰和岩石組成
上面有許多裂縫和峽谷
特里同是太陽系中唯一一個逆行運行的大衛星
它的直徑爲2706公里
它的表面由冰和氮的混合物組成
上面有許多火山和地質活動的跡象
兩顆衛星都有稀薄的大氣層
主要由氮氣組成
現在NASA和ESA都在考慮未來對這一有趣的雙星進行探測
它們在大小上幾乎相同
雖然在表面上與木星和土星相似
都有氫和氦的大氣層
但天王星和海王星還包含相當數量的更重的元素
以超臨界液體的形式存在於雲層下方
佔據了這兩個行星質量的大部分
這兩個世界的大氣中還含有甲烷
解釋了它們爲什麼呈藍色外觀
儘管在海王星的情況下
它更集中在大氣層較低
因此在模擬任何探測器飛行時不太重要
在未來對這兩個世界的探測任務中
一架類似於NASA的伽利略任務飛行器的大氣探測器
是科學家們的首選
挑戰在於
任何探測器都將受到高壓和高溫的影響
因此需要高性能的熱防護系統
以便在大氣進入時能夠持續一段有用的時間
ESA空氣動力學工程師路易斯·瓦爾波特解釋道
大氣探測器的進入速率
由繞行它們所需的速度確定
對於天王星和海王星
這約爲每秒24公里的速度
這是一個由英國、德國和ESA共同參與的項目
得到了該機構的一般支持技術計劃的支持
作爲下一步
正在進行工作
以擴大牛津和斯圖加特風洞中
可達到的模擬速度

