天王星探测器的大气科学问题

冰巨星代表了一类独特且特征了解相对匮乏的行星，自20世纪80年代末旅行者2号短暂飞掠以来，它们基本上未被探索。天王星尤其神秘，原因在于其极端的轴倾角、偏移的磁场、明显较低的热预算、神秘寒冷的平流层和温暖的热层，以及缺乏清晰界定、长期存在的风暴系统和独特的大气特征。所有这些特征使天王星成为一个科学上引人入胜的目标，特别是对于能够完成原位测量的任务而言。《2023-2032年行星科学与天体生物学十年战略》将一次旗舰级的轨道器和探测器任务列为优先事项，以探索天王星，旨在“……转变我们对冰巨星的整体认识，特别是对天王星系统的认识”（美国国家科学院、工程院和医学院，2022年）。为支持这一建议，我们提出了由学界共同支持的科学问题、关键测量项目以及一套建议的仪器套件，其重点是由一个原位探测器对天王星大气进行探索和表征。这些科学问题的范围涵盖了塑造天王星大气乃至整个天王星系统的起源、演化和当前过程。解决这些问题将为天王星、冰巨星和巨行星的整体、大量海王星大小的系外行星以及整个太阳系提供至关重要的新见解。