Scientific rationale for Uranus and Neptune in situ explorations - Archive ouverte HAL
Article Dans Une Revue Planetary and Space Science Année : 2018

Scientific rationale for Uranus and Neptune in situ explorations

O. Mousis (1) , D. H. Atkinson (2) , T. Cavalié (3) , L. N. Fletcher (4) , M. J. Amato (5) , S. Aslam (5) , F. Ferri (6) , Jean-Baptiste Renard (7) , T. Spilker (8) , E. Venkatapathy (9) , P. Wurz (10, 11) , K. Aplin (12) , A. Coustenis (3) , M. Deleuil (1) , M. Dobrijevic (13) , T. Fouchet (3) , T. Guillot (14) , P. Hartogh (15) , T. Hewagama (16, 5) , M. D. Hofstadter (8) , V. Hue (13) , R. Hueso (17) , Jean-Pierre Lebreton (7) , E. Lellouch (3) , J. Moses (18) , G. S. Orton (8) , J. C. Pearl (5) , A. Sanchez-Lavega (4) , A. Simon (5) , O. Venot (19) , J. H. Waite (20) , R. K. Achterberg (21, 5) , S. Atreya (22) , F. Billebaud (13) , M. Blanc (23) , Fabien Borget (24) , B. Brugger (1) , S. Charnoz (25, 26) , T. Chiavassa (24) , V. Cottini (21, 5) , L. d'Hendecourt (27) , G. Danger (24) , T. Encrenaz (3) , N. J. P. Gorius (5) , L. Jorda (1) , B. Marty (28) , R. Moreno (3) , A. Morse (29) , C. Nixon (5) , K. Reh (8) , T. Ronnet (1) , F.-X. Schmider (14) , S. Sheridan (30) , C. Sotin (8) , P. Vernazza (1) , G. L. Villanueva (5)
1 LAM - Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
2 University of Idaho [Moscow, USA]
3 LESIA (UMR_8109) - Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique
4 University of Leicester
5 GSFC - NASA Goddard Space Flight Center
6 CISAS - Centro di Ateneo di Studi e Attività Spaziali “Giuseppe Colombo”
7 LPC2E - Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace
8 JPL - Jet Propulsion Laboratory
9 ARC - NASA Ames Research Center
10 Physikalisches Institut [Bern]
11 CSH - Center for Space and Habitability
12 AOPP - Department of Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics [Oxford]
13 ASP 2018
14 LAGRANGE - Joseph Louis LAGRANGE
15 MPS - Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung = Max Planck Institute for Solar System Research
16 University of Maryland [College Park]
17 Departamento de Fisica Aplicada [Bilbao]
18 SSI - Space Science Institute [Boulder]
19 LISA (UMR_7583) - Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques
20 Space Science and Engineering Division [San Antonio]
21 Department of Astronomy [College Park]
22 University of Michigan [Ann Arbor]
23 IRAP - Institut de recherche en astrophysique et planétologie
24 PIIM - Physique des interactions ioniques et moléculaires
25 AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112) - Astrophysique Interprétation Modélisation
26 IPGP - Institut de Physique du Globe de Paris
27 IAS - Institut d'astrophysique spatiale
28 CRPG - Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques
29 School of Physical Sciences [Milton Keynes]
30 OU - The Open University [Milton Keynes]
O. Mousis
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
CV
D. H. Atkinson
  • Fonction : Auteur
University of Idaho [Moscow, USA]
T. Cavalié
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique
L. N. Fletcher
  • Fonction : Auteur
University of Leicester
M. J. Amato
  • Fonction : Auteur
NASA Goddard Space Flight Center
S. Aslam
  • Fonction : Auteur
NASA Goddard Space Flight Center
F. Ferri
  • Fonction : Auteur
Centro di Ateneo di Studi e Attività Spaziali “Giuseppe Colombo”
Jean-Baptiste Renard
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1027086
Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace
T. Spilker
  • Fonction : Auteur
Jet Propulsion Laboratory
E. Venkatapathy
  • Fonction : Auteur
NASA Ames Research Center
P. Wurz
Physikalisches Institut [Bern]
Center for Space and Habitability
K. Aplin
  • Fonction : Auteur
Department of Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics [Oxford]
A. Coustenis
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique
M. Deleuil
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
M. Dobrijevic
ASP 2018
T. Fouchet
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique
T. Guillot
Joseph Louis LAGRANGE
P. Hartogh
  • Fonction : Auteur
Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung = Max Planck Institute for Solar System Research
T. Hewagama
  • Fonction : Auteur
University of Maryland [College Park]
NASA Goddard Space Flight Center
M. D. Hofstadter
  • Fonction : Auteur
Jet Propulsion Laboratory
V. Hue
ASP 2018
R. Hueso
  • Fonction : Auteur
Departamento de Fisica Aplicada [Bilbao]
Jean-Pierre Lebreton
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1027054
Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace
E. Lellouch
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique
J. Moses
  • Fonction : Auteur
Space Science Institute [Boulder]
G. S. Orton
  • Fonction : Auteur
Jet Propulsion Laboratory
J. C. Pearl
  • Fonction : Auteur
NASA Goddard Space Flight Center
A. Sanchez-Lavega
  • Fonction : Auteur
University of Leicester
A. Simon
NASA Goddard Space Flight Center
O. Venot
Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques
J. H. Waite
  • Fonction : Auteur
Space Science and Engineering Division [San Antonio]
R. K. Achterberg
  • Fonction : Auteur
Department of Astronomy [College Park]
NASA Goddard Space Flight Center
S. Atreya
University of Michigan [Ann Arbor]
F. Billebaud
  • Fonction : Auteur
ASP 2018
M. Blanc
  • Fonction : Auteur
Institut de recherche en astrophysique et planétologie
Fabien Borget
Physique des interactions ioniques et moléculaires
CV
B. Brugger
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
S. Charnoz
Astrophysique Interprétation Modélisation
Institut de Physique du Globe de Paris
T. Chiavassa
  • Fonction : Auteur
Physique des interactions ioniques et moléculaires
V. Cottini
  • Fonction : Auteur
Department of Astronomy [College Park]
NASA Goddard Space Flight Center
L. d'Hendecourt
  • Fonction : Auteur
Institut d'astrophysique spatiale
G. Danger
Physique des interactions ioniques et moléculaires
CV
T. Encrenaz
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique
N. J. P. Gorius
  • Fonction : Auteur
NASA Goddard Space Flight Center
L. Jorda
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
CV
B. Marty
Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques
R. Moreno
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique
A. Morse
  • Fonction : Auteur
School of Physical Sciences [Milton Keynes]
C. Nixon
  • Fonction : Auteur
NASA Goddard Space Flight Center
K. Reh
  • Fonction : Auteur
Jet Propulsion Laboratory
T. Ronnet
  • Fonction : Auteur
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
F.-X. Schmider
Joseph Louis LAGRANGE
S. Sheridan
  • Fonction : Auteur
The Open University [Milton Keynes]
C. Sotin
  • Fonction : Auteur
Jet Propulsion Laboratory
P. Vernazza
Laboratoire d'Astrophysique de Marseille
G. L. Villanueva
  • Fonction : Auteur
NASA Goddard Space Flight Center

Résumé

The ice giants Uranus and Neptune are the least understood class of planets in our solar system but the most frequently observed type of exoplanets. Presumed to have a small rocky core, a deep interior comprising ~70% heavy elements surrounded by a more dilute outer envelope of H2 and He, Uranus and Neptune are fundamentally different from the better-explored gas giants Jupiter and Saturn. Because of the lack of dedicated exploration missions, our knowledge of the composition and atmospheric processes of these distant worlds is primarily derived from remote sensing from Earth-based observatories and space telescopes. As a result, Uranus's and Neptune's physical and atmospheric properties remain poorly constrained and their roles in the evolution of the Solar System not well understood. Exploration of an ice giant system is therefore a high-priority science objective as these systems (including the magnetosphere, satellites, rings, atmosphere, and interior) challenge our understanding of planetary formation and evolution. Here we describe the main scientific goals to be addressed by a future in situ exploration of an ice giant. An atmospheric entry probe targeting the 10-bar level, about 5 scale heights beneath the tropopause, would yield insight into two broad themes: i) the formation history of the ice giants and, in a broader extent, that of the Solar System, and ii) the processes at play in planetary atmospheres. The probe would descend under parachute to measure composition, structure, and dynamics, with data returned to Earth using a Carrier Relay Spacecraft as a relay station. In addition, possible mission concepts and partnerships are presented, and a strawman ice-giant probe payload is described. An ice-giant atmospheric probe could represent a significant ESA contribution to a future NASA ice-giant flagship mission.

Domaines

Planétologie et astrophysique de la terre [astro-ph.EP]
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Marie-Paule Pomies  : Connectez-vous pour contacter le contributeur

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Soumis le : mercredi 9 mai 2018-16:34:07

Dernière modification le : mardi 3 décembre 2024-10:22:03

Archivage à long terme le : lundi 24 septembre 2018-18:18:45

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Dates et versions

hal-01582556 , version 1 (09-05-2018)

Identifiants

Citer

O. Mousis, D. H. Atkinson, T. Cavalié, L. N. Fletcher, M. J. Amato, et al.. Scientific rationale for Uranus and Neptune in situ explorations. Planetary and Space Science, 2018, 155, pp.12-40. ⟨10.1016/j.pss.2017.10.005⟩. ⟨hal-01582556⟩

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