นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ต้องการการศึกษาใหม่เกี่ยวกับดาวยูเรนัสและเนปจูนอย่างมาก เนื่องจากโลกยักษ์น้ำแข็งเหล่านี้ยังไม่เคยไปเยี่ยมชมตั้งแต่ภารกิจของยานโวเอเจอร์ในช่วงปลายทศวรรษ 1980 หากยานอวกาศปรากฏขึ้นซึ่งจะกลายเป็นแหล่งข้อมูลเกี่ยวกับดาวเคราะห์เหล่านี้ ยานอวกาศก็จะสามารถมองเข้าไปในจักรวาลได้ลึกขึ้นมาก โดยการติดตามการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณวิทยุอย่างใกล้ชิดจากยานอวกาศดังกล่าวอย่างน้อยหนึ่งลำ นักดาราศาสตร์อาจเห็นคลื่นแรงโน้มถ่วงที่เกิดจากเหตุการณ์ที่รุนแรงที่สุดในจักรวาล
ภาพระยะใกล้เพียงภาพเดียวของดาวยูเรนัสและเนปจูนที่เราได้มาจากยานอวกาศโวเอเจอร์ 2 ซึ่งบินผ่านดาวเคราะห์เหล่านี้ในปลายทศวรรษ 1980 ตั้งแต่นั้นมา เราได้ส่งยานสำรวจไปยังดาวพุธ ภารกิจไปยังดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ รวบรวมตัวอย่างดาวเคราะห์น้อยและดาวหาง และปล่อยยานสำรวจไปยังดาวอังคาร
แต่ไม่ใช่ดาวยูเรนัสหรือดาวเนปจูน นักวิทยาศาสตร์ด้านดาวเคราะห์ทั้งรุ่นสามารถศึกษาได้เฉพาะกับกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินและการมองเห็นเป็นครั้งคราวจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ความล่าช้าเพียงอย่างเดียวคือเนื่องจากระยะทางที่ไกลจากดาวเนปจูนและดาวยูเรนัส จึงเป็นเรื่องยากอย่างเหลือเชื่อที่จะเปิดตัวเพย์โหลดที่นั่น
หากเราเปิดตัวภารกิจในช่วงต้นปี 2030 ด้วยจรวดที่มีพลังเพียงพอ เช่น Space Launch System ของ NASA ภารกิจจะไปถึงดาวพฤหัสบดีได้ภายในเวลาเพียงสองปี ยานอวกาศหนึ่งลำสามารถแยกออกเป็นสองส่วน ยานอวกาศหนึ่งมุ่งหน้าไปยังดาวยูเรนัส (ไปถึงในปี 2042) และอีกลำหนึ่งไปยังดาวเนปจูน (ถึงวงโคจรในปี 2044) เมื่อเข้าที่แล้ว ด้วยความโชคดี โคจรเหล่านี้สามารถคงสถานีไว้ได้นานกว่า 10 ปี เช่นเดียวกับภารกิจแคสสินีที่มีชื่อเสียงที่ทำกับดาวเสาร์
การศึกษาเพิ่มเติม
ในระหว่างการเดินทางไกลไปยังสถานที่ที่เป็นน้ำแข็งเหล่านี้ ยานสำรวจอวกาศเดียวกันอาจให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์ที่แตกต่างกันอย่างมาก นั่นคือคลื่นความโน้มถ่วง บนโลก นักฟิสิกส์สะท้อนลำแสงเลเซอร์ไปตามรางรถไฟที่มีความยาวหลายไมล์เพื่อวัดความยาวของคลื่นความโน้มถ่วง เมื่อคลื่น (ซึ่งเป็นระลอกคลื่นในโครงสร้างของกาลอวกาศ) เคลื่อนผ่านโลก พวกมันจะบิดเบี้ยววัตถุด้วยการบีบอัดและยืดออกสลับกัน ภายในเครื่องตรวจจับ คลื่นเหล่านี้เปลี่ยนความยาวเล็กน้อยระหว่างกระจกที่อยู่ห่างไกล ส่งผลกระทบต่อเส้นทางของแสงในหอสังเกตการณ์คลื่นโน้มถ่วงเล็กน้อย (โดยปกติน้อยกว่าความกว้างของอะตอม)
สำหรับการสื่อสารทางวิทยุกับภารกิจอวกาศห่างไกลกลับมายังโลก เอฟเฟกต์จะคล้ายคลึงกัน หากคลื่นความโน้มถ่วงผ่านระบบสุริยะ มันจะเปลี่ยนระยะห่างของยานอวกาศ ทำให้โพรบเข้ามาใกล้เราเล็กน้อย จากนั้นจึงห่างออกไป จากนั้นเข้าใกล้อีกครั้ง หากยานอวกาศส่งผ่านตลอดการบิน เราจะเห็นดอปเปลอร์เปลี่ยนความถี่ของการสื่อสารทางวิทยุ การมียานอวกาศสองลำดังกล่าวทำงานพร้อมกันจะทำให้นักดาราศาสตร์สังเกตการเปลี่ยนแปลงนี้ได้แม่นยำยิ่งขึ้น
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ยานสำรวจอวกาศที่อยู่ห่างไกลเหล่านี้สามารถทำหน้าที่สองอย่างในฐานะหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงที่ใหญ่ที่สุดในโลก
อุปสรรคทางเทคโนโลยีที่ใหญ่ที่สุดคือความสามารถในการวัดความถี่วิทยุของยานอวกาศด้วยความแม่นยำสูงอย่างไม่น่าเชื่อ ความสามารถของเราในการวัดน่าจะดีกว่าที่เราสามารถทำได้อย่างน้อย 100 เท่าระหว่างการบินผ่านดาวเสาร์ของ Cassini
ฟังดูซับซ้อน แต่เป็นเวลาหลายสิบปีแล้วที่ Cassini ได้รับการออกแบบ และเรากำลังปรับปรุงเทคโนโลยีการสื่อสารของเราอย่างต่อเนื่อง และตอนนี้นักฟิสิกส์กำลังพัฒนาเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงในอวกาศของตนเอง เช่น Laser Interferometer Space Antenna (LISA) ซึ่งจะต้องใช้เทคโนโลยีที่คล้ายคลึงกันอยู่แล้ว เนื่องจากภารกิจของยักษ์น้ำแข็งอยู่ห่างออกไปเกือบสิบปี เราจึงสามารถลงทุนทรัพยากรมากขึ้นในการพัฒนาเทคโนโลยีที่จำเป็น
หากเราสามารถทำลายระดับความไวนี้ได้ ความยาวพิเศษของ "แขน" ของเครื่องตรวจจับคลื่นโน้มถ่วงนี้ (ยาวกว่าเครื่องตรวจจับปัจจุบันของเราหลายพันล้านเท่า) จะสามารถตรวจจับเหตุการณ์ที่รุนแรงมากมายในจักรวาลได้
อ่าน: