風洞重建太陽系冰巨行星大氣成分、進入速度，模擬探測器墜入情景

我們知道天王星很臭，但在設計能承受天王星嚴酷環境的探測器時，需考慮其他因素。趁人類開始探索太陽系冰巨行星前，科學家先模擬了探測器墜入冰巨行星大氣情景。

除了天王星和海王星，人類已透過撞擊、著陸、大氣探測等方式接觸太陽系所有行星，天王星、海王星作為離太陽最遠的冰巨行星，仍籠罩在某種程度的神祕當中。

雖然天王星、海王星看起來與木星、土星相似，具有氫、氦大氣層，但天王星、海王星也含有大量較重元素，以「超臨界」液體海洋形式存於表面雲層深處，這些元素占據 2 顆冰巨行星大部分質量。

▲ 於風洞中模擬探測器進入冰巨行星大氣層可能遇到什麼情況。（Source：歐洲太空總署）

歐洲太空總署空氣熱力學工程師 Louis Walpot 表示，進入天王星最大挑戰在於探測器需承受高壓高溫，因此需要高性能熱保護系統抵抗飛船進入大氣層這段期間，為設計這類系統，我們必須重現這些行星的大氣成分與進入速度。

最近，科學家利用英國牛津大學極音速（hypersonic）電漿 T6 Stalker 風洞、德國司徒加特大學電漿風洞，嘗試模擬探測器下降到天王星、海王星大氣層情景。

儘管冰巨行星大氣層溫度非常低，但探測器進入大氣層仍會顯著升溫，加熱速度比歐洲太空總署迄今處理的任何情況還要高幾個數量級。

而 T6 Stalker 隧道是歐洲最快風洞，測試速度達每秒 20 公里，可以重建天王星和海王星獨特大氣成分，科學家能模擬探測器下降到天王星、海王星大氣層需應對的情況，比如對流加熱。

目前已成功模擬探測器每秒 19 公里的進入速度，團隊準備進一步測試實際上每秒 24 公里的進入速度，理解未來下降到這些行星雲層可能會發生什麼事。

註：風洞（Wind tunnel）是產生人造氣流的管道，研究空氣流經物體產生之氣動效應的研究工具。

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（首圖來源：歐洲太空總署）