在我们太阳系的近邻中，有一个行星家族我们还没有好好认识：冰巨星——天王星和海王星。多亏了旅行者号探测器的飞掠，我们已经打了招呼，也看到了它们的样子——但我们从未停留拜访。现在，行星科学家们决定制定一项早就该进行的计划，去敲响这扇门，进行一次房屋参观。
2022 年的 行星科学十年调查 是一个对未来任务规划有影响力的文件，由 美国国家科学院、工程院和医学院 牵头。该报告建议美国宇航局在未来几十年内优先向 天王星 发送一个轨道器和探测器。过去，这类规划催生了 2020 年代一些最令人兴奋的项目，包括 火星样本返回 和即将进行的 欧罗巴快船 任务。
在我们太阳系中有八颗行星和无数的小岩石等待探索，规划者们如何能决定一个目的地——尤其当这个决定涉及数百万甚至数十亿美元，并影响数百人的职业生涯时？在最近为 Science 杂志发表的一篇评论中，约翰霍普金斯应用物理实验室的行星科学家 Kathleen Mandt 论述了 为什么天王星是正确的选择——其他研究人员似乎也表示赞同。
“我们已经向所有其他行星、彗星、小行星以及海王星外天体发送了任务。我们已经将探测器送出太阳系，甚至送到了太阳表面……天王星和海王星是太阳系的谜团，”研究天王星大气的波士顿大学天文学家 Will Saunders 说。
人类最后一次近距离看到天王星及其冰巨星的姊妹星海王星，还是在 20 世纪 80 年代的 旅行者号探测器 任务中。尽管海王星在科学上同样有趣——它捕获的柯伊伯带天体卫星 特里同，因其 冰火山 等原因特别令人好奇——但到达海王星需要多出十亿英里的路程，这成为了决定性的因素。
“我们选择先去天王星的主要原因是因为它更容易到达，”Mandt 告诉 Popular Science。“我们已经为这些行星的任务等待了三十多年。先去天王星风险更小，任务也更快到达这颗行星。”
对于行星任务来说，“尽快”意味着在未来几十年内——前往天王星需要 10 到 15 年的航程，而且工程师们还需要设计和建造航天器。目前的计划是在 2032 年之前发射，希望在 2040 年代中期到达天王星。该任务将分为两个部分：一个轨道器，将环绕行星飞行至少五年；以及一个探测器，将深入云层收集关于天王星大气的信息。
天文学家对木星和土星的测量数据中，仍有一些对天王星是缺失的，例如惰性气体的含量以及不同类型氮的比例。探测器将测量这些化学标记，因为它们是行星形成方式和时间的“指纹”。“四颗巨行星的形成以及它们移动到新位置的过程对整个太阳系产生了重大影响，”Mandt 说。她补充说，这种行星重排“可能是我们获得地球上水的来源”，并且这种运动将柯伊伯带和 奥尔特云 中的许多天体推到了它们现在的位置。
此外，天王星是唯一一颗 完全侧躺 的行星：它倾斜了 98 度，与地球的 23 度角相比非常奇特。这导致了它大气层的一些特殊现象。行星科学家们对天王星上由此产生的云层和风的模式感到困惑，并希望通过这次任务来解决。
天王星还有 27 颗卫星，其中一些卫星的厚冰层下可能存在海洋。地下海洋当然是天体生物学家寻找地外生命最喜欢的目标，天王星的卫星也不例外。旅行者号探测器的一个重大发现是，天王星的五颗最大卫星——米兰达、艾瑞尔、艾瑞尔、泰坦尼亚 和 欧贝隆——并非像 Mandt 在文章中所描述的那样是“冰冷死亡的世界”，而是地质活动活跃的。
亚利桑那大学月球与行星实验室的行星科学家 Adeene Denton 说：“简单地说，我希望在我死之前再看到一张米兰达的照片。对我来说，米兰达是太阳系中最酷、最不寻常的地方之一，覆盖着我们在其他地方从未见过的地质地貌。”
天王星的经验教训不仅限于我们太阳系。在过去几十年里，系外行星天文学家发现，与天王星大小相当的行星可能是最常见的行星类型。对我们本地样本的近距离研究，对于试图理解遥远系外行星的天文学家来说将是无价的——特别是确定天王星核心和内部结构的性质，例如它是由岩石还是冰组成的，将会非常有帮助。
布里斯托尔大学天文学家 Hannah Wakeford 说：“自从我出生以来，我们就没有近距离看过天王星了。那时我们还不知道系外行星的存在。这次前往天王星的任务将改变我们对太阳系以及我们银河系中行星的理解。”
即将到来的天王星轨道器和探测器任务有潜力成为科学领域的革命性事件，使我们对冰巨星的理解达到与 卡西尼号 对土星所做的工作和 朱诺号 对木星所做的工作相媲美。“轨道器确实是我们进行深刻科学研究、描绘整个天王星系统的必需品，”Denton 说。“有太多值得看和做的事情，投入一个轨道器真的非常值得。”
此外，它还将传回我们太阳系边缘的令人难以置信的图像，一定会激发和激励未来的科学家和太空爱好者。每当美国宇航局派出任务时，它总是会携带相机，这次的会面也不例外。
