1. Scientific rationale for Uranus and Neptune in situ explorations
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Mousis, O., Atkinson, D.H., Cavalié, T., Fletcher, L.N., Amato, M.J., Aslam, S., Ferri, F., Renard, J.-B., Spilker, T., Venkatapathy, E., Wurz, P., Aplin, K., Coustenis, A., Deleuil, M., Dobrijevic, M., Fouchet, T., Guillot, T., Hartogh, P., Hewagama, T., Hofstadter, M.D., Hue, V., Hueso, R., Lebreton, J.-P., Lellouch, E., Moses, J., Orton, G.S., Pearl, J.C., Sánchez-Lavega, A., Simon, A., Venot, O., Waite, J.H., Achterberg, R.K., Atreya, S., Billebaud, F., Blanc, M., Borget, F., Brugger, B., Charnoz, S., Chiavassa, T., Cottini, V., d'Hendecourt, L., Danger, G., Encrenaz, T., Gorius, N.J.P., Jorda, L., Marty, B., Moreno, R., Morse, A., Nixon, C., Reh, K., Ronnet, T., Schmider, F.-X., Sheridan, S., Sotin, C., Vernazza, P., Villanueva, G.L., Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES), University of Idaho [Moscow, USA], Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA (UMR_8109)), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Leicester, NASA Goddard Space Flight Center (GSFC), Centro di Ateneo di Studi e Attività Spaziali 'Giuseppe Colombo' (CISAS), Universita degli Studi di Padova, Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace (LPC2E), Observatoire des Sciences de l'Univers en région Centre (OSUC), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université d'Orléans (UO)-Observatoire de Paris, PSL Research University (PSL)-PSL Research University (PSL)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES), Jet Propulsion Laboratory (JPL), NASA-California Institute of Technology (CALTECH), NASA Ames Research Center (ARC), Physikalisches Institut [Bern], Universität Bern [Bern], Center for Space and Habitability (CSH), University of Bern, Department of Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics [Oxford] (AOPP), University of Oxford [Oxford], ASP 2018, Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux [Pessac] (LAB), Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Bordeaux (UB)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Joseph Louis LAGRANGE (LAGRANGE), Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Max Planck Institute for Solar System Research (MPS), Max-Planck-Gesellschaft, University of Maryland [College Park], University of Maryland System, Departamento de Fisica Aplicada [Bilbao], Universidad del Pais Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea [Espagne] (UPV/EHU), Catholic University of Leuven - Katholieke Universiteit Leuven (KU Leuven), Space Science and Engineering Division [San Antonio], Southwest Research Institute [San Antonio] (SwRI), Department of Astronomy [College Park], University of Maryland System-University of Maryland System, University of Michigan [Ann Arbor], University of Michigan System, Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Physique des interactions ioniques et moléculaires (PIIM), Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Univers, Transport, Interfaces, Nanostructures, Atmosphère et environnement, Molécules (UMR 6213) (UTINAM), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Franche-Comté (UFC), Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR_7158 / UMR_E_9005 / UM_112)), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7), Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de La Réunion (UR)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-IPG PARIS-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS), Institut d'astrophysique spatiale (IAS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques (CRPG), Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), School of Physical Sciences [Milton Keynes], The Open University [Milton Keynes] (OU), Institut National des Sciences de l’Univers' (INSU), the 'Centre National de la Recherche Scientifique' (CNRS) and 'Centre National d’Etude Spatiale' (CNES), ANR-11-IDEX-0001-02/11-IDEX-0001,AMIDEX,AMIDEX(2011), Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Università degli Studi di Padova = University of Padua (Unipd), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de Paris, Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université d'Orléans (UO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES), Universität Bern [Bern] (UNIBE), University of Oxford, Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung = Max Planck Institute for Solar System Research (MPS), Space Science Institute [Boulder] (SSI), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Météo-France -Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC), Astrophysique Interprétation Modélisation (AIM (UMR7158 / UMR_E_9005 / UM_112)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Université de La Réunion (UR)-Institut de Physique du Globe de Paris (IPG Paris)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National d’Études Spatiales [Paris] (CNES), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Lorraine (UL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Faculty of Science, Technology, Engineering and Mathematics [Milton Keynes], The Open University [Milton Keynes] (OU)-The Open University [Milton Keynes] (OU), ANR-11-IDEX-0001,Amidex,INITIATIVE D'EXCELLENCE AIX MARSEILLE UNIVERSITE(2011), Laboratoire d'Astrophysique de Marseille ( LAM ), Aix Marseille Université ( AMU ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National d'Etudes Spatiales ( CNES ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Laboratoire d'Astrophysique de Bordeaux [Pessac] ( LAB ), Université de Bordeaux ( UB ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Bordeaux ( UB ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), NASA Goddard Space Flight Center ( GSFC ), Centro di Ateneo di Studi e Attività Spaziali 'Giuseppe Colombo' ( CISAS ), Universita degli Studi di Padova = University of Padua = Université de Padoue, Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace ( LPC2E ), Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Université d'Orléans ( UO ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Jet Propulsion Laboratory ( JPL ), NASA-California Institute of Technology ( CALTECH ), NASA Ames Research Center ( ARC ), Center for Space and Habitability ( CSH ), Department of Atmospheric, Oceanic and Planetary Physics [Oxford] ( AOPP ), Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique ( LESIA ), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 ( UPMC ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Observatoire de Paris-Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Joseph Louis LAGRANGE ( LAGRANGE ), Université Nice Sophia Antipolis ( UNS ), Université Côte d'Azur ( UCA ) -Université Côte d'Azur ( UCA ) -Observatoire de la Côte d'Azur, Université Côte d'Azur ( UCA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Max Planck Institute for Solar System Research ( MPS ), Universidad del Pais Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea ( UPV/EHU ), K.U.Leuven, Southwest Research Institute [San Antonio] ( SwRI ), University of Michigan, Institut de recherche en astrophysique et planétologie ( IRAP ), Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Observatoire Midi-Pyrénées ( OMP ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Physique des interactions ioniques et moléculaires ( PIIM ), Aix Marseille Université ( AMU ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Univers, Transport, Interfaces, Nanostructures, Atmosphère et environnement, Molécules ( UTINAM ), Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Franche-Comté ( UFC ), Astrophysique Interactions Multi-échelles ( AIM - UMR 7158 - UMR E 9005 ), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ), Institut de Physique du Globe de Paris ( IPGP ), Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -IPG PARIS-Université Paris Diderot - Paris 7 ( UPD7 ) -Université de la Réunion ( UR ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Institut d'astrophysique spatiale ( IAS ), Université Paris-Sud - Paris 11 ( UP11 ) -Institut national des sciences de l'Univers ( INSU - CNRS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Centre de Recherches Pétrographiques et Géochimiques ( CRPG ), Université de Lorraine ( UL ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Center for Medical Imaging Science and Visualization - Dept. of Medical and Health Sciences, Linköping University ( LIU ), The Open University [Milton Keynes] ( OU ), ANR-11-IDEX-0001-02/11-IDEX-0001,Amidex,Amidex ( 2011 ), Aix Marseille Université (AMU), Université Côte d'Azur (UCA)-Université Nice Sophia Antipolis (... - 2019) (UNS), COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Observatoire de la Côte d'Azur, COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Université Côte d'Azur (UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Météo France-Centre National d'Études Spatiales [Toulouse] (CNES)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Franche-Comté (UFC), and Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Université Bourgogne Franche-Comté [COMUE] (UBFC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)
- Subjects
010504 meteorology & atmospheric sciences ,Uranus ,Entry probe ,[SDU.ASTR.EP]Sciences of the Universe [physics]/Astrophysics [astro-ph]/Earth and Planetary Astrophysics [astro-ph.EP] ,FOS: Physical sciences ,Context (language use) ,01 natural sciences ,7. Clean energy ,Astrobiology ,Atmosphere ,Neptune ,Planet ,0103 physical sciences ,evolution ,Astrophysics::Solar and Stellar Astrophysics ,010303 astronomy & astrophysics ,Astrophysics::Galaxy Astrophysics ,ComputingMilieux_MISCELLANEOUS ,Physics::Atmospheric and Oceanic Physics ,0105 earth and related environmental sciences ,Earth and Planetary Astrophysics (astro-ph.EP) ,Cloud top ,formation ,Astronomy and Astrophysics ,[ SDU.ASTR.EP ] Sciences of the Universe [physics]/Astrophysics [astro-ph]/Earth and Planetary Astrophysics [astro-ph.EP] ,13. Climate action ,Space and Planetary Science ,Atmospheric entry ,[SDU]Sciences of the Universe [physics] ,atmosphere ,Physics::Space Physics ,Astrophysics::Earth and Planetary Astrophysics ,Ice giant ,Geology ,Astrophysics - Earth and Planetary Astrophysics - Abstract
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., Comment: Submitted to Planetary and Space Science
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- 2017
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