很期待！借助木星引力弹弓，向天王星发射超10亿美元的宇宙飞船！
关于天王星，你知道最有趣的是什么？天王星旋转轴与太阳系中所有其他行星完全不一致？天王星的磁层不对称，相对于它的旋转轴明显倾斜，并且明显偏离行星中心？或天王星的卫星都是以莎士比亚和亚历山大·蒲柏的人物命名？所有这些事实（文学参考文献除外）都来自非常有限的数据集。一些最好的数据是在1986年旅行者2号飞越时收集的。从那时起，唯一的新数据来自于望远镜。
虽然天文望远镜的分辨率一直在稳步提高，但只能触及距离最近的冰巨星周围系统中可能潜藏东西的表面。这种情况即将改变，因为一个科学家团队发布了一份白皮书，倡导一艘新的旗舰级宇宙飞船进行访问。由SETI研究所的研究科学家Richard Cartwright博士和SETI和NASA Ames研究中心的科学家Chloe B Beddingfield博士带头发表，收集了100多名合著者来支持这篇论文。这份白皮书提出了一个旗舰级的任务，总成本超过10亿美元。
研究小组建议，这项任务应该在未来十年内设计和发射，以便使用木星每几十年才能提供一次的引力加速，即我们俗称的引力弹弓。引力弹弓有两个主要的好处：其一是它将更快地将宇宙飞船送到天王星那里，允许宇宙飞船在电源耗尽之前花更多的时间实际进行科学研究。此外，作为延长宇宙飞船任务的一部分，它可能会及时将航天器送到天王星系统，以便看到天王星的春分。
天王星的卫星
监测这一非常罕见的事件，将使科学团队能够捕捉到更多到目前为止无法收集的独特数据。然而，科学团队感兴趣的不仅仅是天王星本身，天王星的许多卫星都是独一无二的，值得仔细观察。旅行者2号发现了10颗新卫星，自那以后又发现了更多卫星，使总数达到27颗，在太阳系中排名第三。这些卫星被分为三个不同的类别：五个经典卫星，其中泰坦尼亚是最大的，九个不规则卫星：
其轨道表明它们可能是从太阳系其他地方捕获的天体，以及13个主要位于天王星环中的内卫星或环卫星。经典卫星很可能是由岩石和水冰组成的，有可能成为海洋世界，在厚厚的冰层下有次表层海洋。这些次表层海洋可能会在经典卫星上引起构造或低温火山活动。米兰达(Miranda)和阿里尔(Ariel)这两颗经典卫星表面似乎在相对较近的过去发生了变化(从地质学上讲)，这在一定程度上表明了这一点。
目前天王星卫星表面的图像分辨率相对较低，拟议宇宙飞船任务的主要目标之一是拍摄更高分辨率卫星表面图像。随着分辨率的提高，人们对这些卫星上的地质特征有了更好了解，包括陨石坑的数量，这可以作为表面年龄的替代。如果这些卫星确实有地下海洋，它们将被添加到天体生物学家感兴趣的世界名单中，这份名单还包括像恩克拉多斯这样的卫星，它与米兰达有着惊人的相似之处。
新天王星探测飞船
但它并不是系统中唯一值得关注的有趣地方，天王星的环形卫星之一MAB在一个弥漫的尘埃环内运行，可能是由从这个微小天体喷出的物质支撑，这些物质也可能最终落到邻近的卫星上。类似地，外卫星泰坦尼亚和奥伯龙可能被天王星遥远的不规则卫星落下的尘埃所覆盖。天王星不同卫星之间的这些动态相互作用可以通过拟议的任务得到验证。为了验证卫星之间的相互作用和行星系统许多其他错综复杂的情况，探测任务将必须有一些先进的仪器来收集所有这些数据。
飞往天王星的宇宙飞船探测器将有三个主要设备：可见光相机、磁力计和近红外测绘光谱仪。如上所述，除了为地球科学家提供令人惊叹的天王星行星系统照片外，可见光相机还可以用来提供物体表面的高分辨率图像。它可以提供任何表面活动的洞察，它将是观察天王星本身季节性变化这一延长任务目标的组成部分。磁力计将允许科学家近距离研究卫星和天王星独特磁场之间的相互作用。
磁力计可以通过识别来自这些卫星内部的感应磁场，来搜索这些卫星上的含盐次表层海洋。伽利略磁力计使用这项技术在木星的大卫星上搜索咸海。美国宇航局（NASA）喷气推进实验室现在开发了一种非常灵敏的磁力计，有可能在这次任务中发射。近红外测绘光谱仪是任何现代空间科学任务的标准仪器，也是了解天王星卫星表面存在哪些分子的关键。特别是，它可以表征二氧化碳冰和含氨物质，这是在天王星一些卫星上探测到的分子。
揭开天王星的秘密
研究这些分子将使我们更好地了解这些卫星的天体生物学潜力。当被问及为什么向这个有着未知天体生物学潜力的外层冰巨星发送任务，可能比向其他有前途的天体生物学候选者发送任务更好地利用资金。首先，大体上关于天王星的数据非常少，而且大部分数据都是在过去30多年里远程收集。对该系统的一次任务，目的是绕轨道运行，将会成倍地增加我们对太阳系中研究最少的行星体之一的了解。
其次，通过一次天王星轨道飞行器任务，可以回答的问题数量远远超过了从一次旅行者号中收集的数据。在这个系统中有27个已知的天体需要研究，还有行星本身，天王星的环，以及它奇怪的地幔圈，也许还有更多的卫星有待发现。一个轨道飞行器就能收集所有这些卫星的数据。作为上一次十年研究的一部分，天王星系统的一项类似任务的优先级排在第三位。它前面两个任务是后来的“毅力号”火星探测器和欧罗巴快艇任务，这两个任务都在推进发展。
随着天王星项目的下一步开启，研究团队对这一概念将被选为下一项旗舰任务寄予厚望。如果它被“捡”起来，团队有一点时间在2030年到2034年之间达到利用木星“引力弹弓”效应所需的窗口。在木星这个巨大气体巨星的帮助下，该任务有望在本世纪40年代初至中期抵达天王星系统。
博科园｜文：Andy Tomaswick/Universe Today
博科园｜科学、科技、科研、科普
关注【博科园】看更多大美宇宙科学