行星科學家們正在積聚力量，計劃向天王星或海王星——太陽系中最遙遠、探索最少的行星——派遣一項重大任務。對於這些被稱為冰巨星的藍色星球，科學家們的知識仍然存在巨大空白，航天器只訪問過它們一次。但組織未來十年的任務迫在眉睫，因為科學家們希望利用即將到來的行星連珠機會，這將大大縮短旅行時間。
美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心（位於馬里蘭州格林貝爾特）的行星科學家艾米·西蒙說，人們對冰巨星的興趣呈指數級增長。她與他人在倫敦皇家學會組織了一次會議，專門探討此類任務。美國國家航空航天局的旅行者2號是唯一訪問過天王星和海王星的航天器，曾在1980年代進行過短暫的飛掠。西蒙說，因此，冰巨星代表著廣大研究人員的新領域——用於研究行星環、大氣層、衛星和海洋。
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罕見的天體連珠現象，即海王星、天王星和木星之間的連珠，下一次將發生在2030年代初期，這將允許航天器在前往這些行星的途中繞木星進行一次引力彈弓。這將縮短旅行時間，並使探測器能夠在儀器和電源系統（通常約為15年）的壽命期限內順利抵達。這也將減少燃料質量，使探測器能夠攜帶全套科學儀器（參見“前往冰巨星的旅程”）。為了利用行星連珠機會，前往海王星的任務需要在2031年左右發射，而前往天王星的任務需要在2030年代中期發射。
噴氣推進實驗室（位於加利福尼亞州帕薩迪納）的行星科學家馬克·霍夫施塔特在倫敦會議上說，這個視窗期是“發射的合適時機”。“我們不想錯過這次機會。” 但時間很緊迫。美國國家航空航天局是最有可能領導科學家們想要的那種數十億美元的“旗艦”任務的航天機構。這些任務通常需要7-10年的準備時間，而美國國家航空航天局的任何批准都將取決於該任務在美國國家科學院的行星科學十年調查報告（將於2022年釋出）中被列為優先事項。前往海王星或天王星的任務還將面臨來自火星樣本返回或探索金星的提案的競爭。
英國萊斯特大學的行星科學家利·弗萊徹說，雖然火星和金星科學家正在數十年的探索基礎上繼續前進，但“天王星和海王星確實是獨一無二的，因為我們尚未完成對它們的第一階段探索”。弗萊徹也是本次會議的聯合組織者。
弗萊徹說，前往任何一顆行星的任務都應包括進入其軌道，並向其大氣層或其中一顆衛星發射至少一個探測器，就像美國國家航空航天局和歐洲航天局（ESA）的聯合任務卡西尼-惠更斯號對土星所做的那樣。
藍色謎團
蘇黎世大學（位於瑞士）的行星科學家拉維特·赫勒德在會議上說，科學家們認為這兩顆行星是雙胞胎，因為它們的大小和質量相似。但沒有人知道它們有多相似，它們的成分或它們是如何形成的。模型很難解釋這兩顆行星的內部結構，或者為什麼距離更遠的海王星似乎比天王星更溫暖。赫勒德說，每個人都認為它們是由水或氨冰構成的。“但實際上我們並不真正知道。”
英國布里斯托大學的系外行星科學家漢娜·韋克福德說，一項前往冰巨星的重大任務也將有益於系外行星研究。大約40%的已知系外行星是冰巨星大小的；瞭解這些行星的大小和大氣層揭示了它們形成的什麼資訊，這依賴於瞭解我們太陽系中的冰巨星。
與會代表一致認為，他們很樂意訪問任何一顆行星，因為兩者都會產生豐碩的成果。研究表明，從一項任務中向兩顆行星傳送探測器是可行的，但這將非常昂貴。海王星很有吸引力，因為它的衛星海衛一似乎具有地質活動性，並且可能存在一個地下海洋，有可能是液態水。
霍夫施塔特說，但天王星——它有一個相對於行星自轉軸傾斜的異常磁場——比海王星有更多“奇怪”的特徵，這對現有的科學模型提出了挑戰。弗萊徹說，天王星較晚的發射視窗也使這顆行星成為更現實的目標。
為時過早？
歐洲航天局戰略、規劃和社群協調負責人法比奧·法瓦塔在會議上說，但有些人擔心時間安排。“在太空領域來說，這已經是迫在眉睫了。” 他說，該機構已經在為2030年代初期的兩項重大任務努力工作，因此，即使其即將進行的名為“Voyage 2050”的優先次序確定工作建議訪問冰巨星，該機構也可能無法趕上發射視窗。
另一方面，歐洲航天局可以為美國國家航空航天局主導的任務做出貢獻，但這將需要美國做出決定，他補充說。任何一個機構也可以派遣更輕、更便宜的任務，例如飛掠其中一顆冰巨星。霍夫施塔特說，這些任務將產生有價值的科學成果，但無法提供科學家們希望的全面研究。
如果行星科學家們錯過了即將到來的機會，那麼他們將不得不等到2040年代中期的下一次行星連珠，或者依賴更強大的發射系統，例如美國國家航空航天局的重型太空發射系統。但該技術仍在開發中。
華盛頓特區大學天文研究協會的行星天文學家兼執行副總裁海蒂·哈梅爾指出了科學家們在天王星任務中可能面臨的另一個問題：關於這顆行星名字的笑話。“我很抱歉我說這個。但我真的認為這是我們將面臨的一個合理問題，”她說。
本文經許可轉載，並於2020年3月3日首次發表。