Sidste uge - fra mandag 27. februar til onsdag den 1. marts - var NASA vært for ”Planetary Science Vision 2050 Workshop” på deres hovedkvarter i Washington, DC. I løbet af de mange præsentationer, taler og paneldiskussioner delte NASA sine mange planer for fremtiden for rumfart med det internationale samfund.
Blandt de mere ambitiøse af disse var et forslag om at udforske Titan ved hjælp af en antenneudforsker og en lander. Baseret på succesen med ESAs Cassini-Huygen-mission ville denne plan involvere en ballon, der ville udforske Titans overflade fra lav højde sammen med en Mars Pathfinder-stil mission, der ville udforske overfladen.
I sidste ende ville målet en Titan-mission til Titan være at udforske det rige organiske kemiske miljø, som månen har, som giver en unik mulighed for planetariske forskere. I nogen tid har videnskabsmænd forstået, at Titans overflade og atmosfære har en overflod af organiske forbindelser og al den prebiotiske kemi, der er nødvendig for, at livet kan fungere.
Præsentationen, der havde titlen "Aerial Mobility: The Key to Exploring Titan's Rich Chemical Diversity" blev ledet af Ralph Lorenz fra Johns Hopkins Applied Physics Laboratory og medformand af Elizabeth Turtle (også fra John Hopkins APL) og Jason Barnes fra Afd. for fysik ved University of Idaho. Som Turtle forklarede til Space Magazine via e-mail, præsenterer Titan nogle spændende muligheder for en næste generations mission:
”Titan er af særlig interesse, fordi den rigelige og komplekse organiske kemi kan lære os om kemiske interaktioner, der kunne have fundet sted her på Jorden (og andre steder?), Der førte til livets udvikling. Derudover har Titan ikke kun et indre vand med flydende vand, men der vil også have været muligheder for, at organisk materiale har blandet sig med flydende vand ved Titans overflade, for eksempel slagkratre og muligvis kryovolkanudbrud. Kombinationen af organisk materiale med flydende vand øger naturligvis det astrobiologiske potentiale. ”
Af denne grund har udforskningen af Titan været et videnskabeligt mål i årtier. Det eneste spørgsmål er, hvordan man bedst går ud på at udforske Titans unikke miljø. Under tidligere decadalundersøgelser - som f.eks. Campaign Strategy Working Group (CSWG) om præbiotisk kemi i det ydre solsystem, hvoraf Lorenz var en bidragyder - har antydet, at et mobilt luftkøretøj (såsom et luftskib eller en ballon) ville have det godt - egnet til opgaven.
Imidlertid ville sådanne køretøjer ikke være i stand til at studere Titans methansøer, som er et af de mest spændende træk på månen, så vidt forskning inden for prebiotisk kemi går. Derudover ville et luftkøretøj ikke være i stand til at foretage kemisk analyse af overfladen in situ, ligesom hvad Mars Exploration Rovers (Ånd, mulighed og Nysgerrighed) har gjort på Mars - og med enorme resultater!
På samme tid undersøgte Lorenz og hans kolleger koncepter til udforskning af Titans kulbrintehav - som den foreslåede Titan Mare Explorer-kapsel (TiME). Som en af flere finalister i NASAs 2010 Discovery-konkurrence krævede dette koncept, at den nautiske robot blev udsendt til Titan i de kommende årtier, hvor den ville undersøge dens metansøer for at lære mere om metankredsløbet og søge efter tegn på organisk liv.
Selvom et sådant forslag ville være omkostningseffektivt og giver nogle meget spændende muligheder for forskning, har det også nogle begrænsninger. I 2020- 2030'erne oplever Titans nordlige halvkugle for eksempel sin vintersæson; på hvilket tidspunkt tykkelsen af dens atmosfære vil gøre kommunikation direkte til jorden umulig og jordudsigter umulig. Dertil kommer, at et nautisk køretøj udelukker udforskning af Titans landoverflader.
Disse tilbyder nogle af de mest sandsynlige udsigter til at studere Titans avancerede kemiske udvikling, herunder Titans klit sand. Som et forblæst område har dette område sandsynligvis materiale deponeret fra hele Titan og kan også indeholde vandigt ændrede materialer. Meget som Mars Pathfinder landingssted blev valgt, så det kunne samle prøver fra et bredt område, såsom placering ville være et ideelt sted for en lander.
Som sådan forfærdede Lorenz og hans kolleger den type mission, der blev formuleret i flagskibsundersøgelsen i 2007, som opfordrede til en Montgolfière-ballon til regional efterforskning og en Pathfinder-lignende lander. Dette ville give mulighed for at udføre overfladeafbildning ved opløsninger, der er umulige fra bane (på grund af den tykke atmosfære) såvel som at undersøge overfladekemi og månens indre struktur.
Så mens ballonen ville indsamle geografiske data med høj opløsning af månen, kunne landeren udføre seismologiske undersøgelser, der kunne karakterisere tykkelsen af isen over Titans indre vandhav. En lander-mission vil imidlertid være begrænset med hensyn til rækkevidde, og Titans overflade giver problemer for mobilitet. Dette ville gøre flere landere eller en flytbar lander til den mest ønskede mulighed.
”Potentielle mål inkluderer områder, hvor vi kan måle faste overfladematerialer, hvis sammensætning stadig ikke er velkendt, f.eks. Titans klittesand,” sagde Turtle. ”Det kræves detaljeret in situ-analyse for at bestemme deres sammensætning. Søerne og havene er også spændende; på det nærmeste sigt (missioner, der ankommer i 2030'erne), vil de fleste af dem dog være i vintermørke. Så at udforske dem vil sandsynligvis skulle vente til 2040'erne. ”
Dette missionskoncept ville også drage fordel af flere teknologiske fremskridt, der er gjort i de senere år. Som Lorenz forklarede i løbet af præsentationen:
”Tyngre end luft-mobilitet hos Titan er faktisk meget effektive forbedringer af autonome fly i de to årtier, siden CSWG gør sådan efterforskning til et realistisk udsigt. Flere landingspladser, der leveres af et luftkøretøj som en flyvemaskine eller en lander med luftmobilitet for at få adgang til flere steder, ville give den mest ønskelige videnskabelige kapacitet, meget relevant til temaerne oprindelse, arbejde og liv. ”
Lorenz, Turtle og Barnes vil også præsentere disse fund på den kommende 48. Lunar and Planetetary Science-konference - som finder sted fra 20. til 24. marts i The Woodlands, Texas. Der vil de sammen med flere medlemmer af Johns Hopkins APL og University of Idaho samt paneldeltagere fra NASA's Goddard Space Flight Center, Pennsylvania State University og Honeybee Robotics.
Dog imødekommer de nogle ekstra udfordringer, der ikke blev rejst på 2050 Vision Workshop, vil de præsentere en lille vending på deres idé. I stedet for en ballon og flere landere, vil de præsentere et missionskoncept, der involverer en “Dragonfly” qaudcopter. Dette fire-rotor køretøj ville være i stand til at drage fordel af Titans tykke atmosfære og lave tyngdekraft for at få prøver og bestemme overfladesammensætningen i flere geologiske omgivelser.
Dette koncept inkorporerer også en række nylige fremskridt inden for teknologi, der inkluderer moderne kontrolelektronik og fremskridt inden for kommercielt ubemandet luftfartøjsdesign (UAV). Desuden ville en quadcopter fjerne sig med kemisk drevne retrorockets og kunne tænde mellem flyvninger, hvilket giver den en potentielt langt længere levetid.
Disse og andre koncepter til at udforske Saturns måne Titan vil helt sikkert vinde trækkraft i de kommende år. I betragtning af de mange mysterier, der er lukket væk i denne verden - med inkluderer rigelig vandis, prebiotisk kemi, en metankredsløb og et hav under jorden, der sandsynligvis vil være et prebiotisk miljø - er det bestemt et populært mål for videnskabelig forskning.
