Vorige week - van maandag 27 februari tot woensdag 1 maart - organiseerde NASA de "Planetary Science Vision 2050 Workshop" op hun hoofdkantoor in Washington, DC. In de loop van de vele presentaties, toespraken en paneldiscussies deelde NASA's vele plannen voor de toekomst van ruimteverkenning met de internationale gemeenschap.
Een van de meest ambitieuze hiervan was een voorstel om Titan te verkennen met behulp van een luchtverkenner en een lander. Voortbouwend op het succes van de Cassini-Huygen-missie van ESA, zou dit plan een ballon omvatten die het oppervlak van Titan vanaf lage hoogte zou verkennen, samen met een Mars Pathfinder-missie die de oppervlakte zou verkennen.
Uiteindelijk zou het doel van een missie naar Titan zijn om de rijke organische chemische omgeving van de maan te verkennen, wat een unieke kans biedt voor planetaire onderzoekers. Al geruime tijd hebben wetenschappers begrepen dat het oppervlak en de atmosfeer van Titan een overvloed aan organische verbindingen bevatten en alle prebiotische chemie die nodig is om het leven te laten functioneren.
De presentatie, getiteld "Aerial Mobility: The Key to Exploring Titan's Rich Chemical Diversity", werd voorgezeten door Ralph Lorenz van het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory en werd voorgezeten door Elizabeth Turtle (ook van John Hopkins APL) en Jason Barnes van de Afdeling Natuurkunde aan de Universiteit van Idaho. Zoals Turtle via e-mail aan Space Magazine uitlegde, presenteert Titan enkele opwindende kansen voor een missie van de volgende generatie:
"Titan is van bijzonder belang omdat de overvloedige en complexe organische chemie ons kan leren over chemische interacties die hier op aarde (en elders?) Zouden kunnen hebben plaatsgevonden die tot de ontwikkeling van leven hebben geleid. Bovendien heeft Titan niet alleen een inwendige oceaan met vloeibaar water, maar er zal ook gelegenheid zijn geweest om organisch materiaal te vermengen met vloeibaar water aan het oppervlak van Titan, bijvoorbeeld inslagkraters en mogelijk cryovolcanische uitbarstingen. De combinatie van organisch materiaal met vloeibaar water vergroot natuurlijk het astrobiologische potentieel. ”
Om deze reden is de verkenning van Titan al tientallen jaren een wetenschappelijk doel. De enige vraag is hoe je het beste de unieke omgeving van Titan kunt verkennen. Tijdens eerdere Decadal Surveys - zoals de Campaign Strategy Working Group (CSWG) on Prebiotic Chemistry in the Outer Solar System, waarvan Lorenz een medewerker was - heeft gesuggereerd dat een mobiel luchtvoertuig (zoals een luchtschip of een ballon) goed zou zijn - geschikt voor de taak.
Dergelijke voertuigen zouden echter niet in staat zijn de methaanmeren van Titan te bestuderen, wat een van de meest opwindende trekkingen van de maan is wat onderzoek naar prebiotische chemie betreft. Bovendien zou een luchtvoertuig geen in-situ chemische analyse van het oppervlak kunnen uitvoeren, net zoals de Mars Exploration Rovers (Geest, kans en Nieuwsgierigheid) hebben gedaan op Mars - en met enorme resultaten!
Tegelijkertijd onderzochten Lorenz en zijn collega's concepten voor de verkenning van de koolwaterstofzeeën van Titan - zoals de voorgestelde Titan Mare Explorer (TiME) -capsule. Als een van de vele finalisten van NASA's Discovery-wedstrijd 2010, riep dit concept op tot de inzet van een nautische robot in Titan in de komende decennia, waar het zijn methaanmeren zou bestuderen om meer te leren over de methaancyclus en te zoeken naar tekenen van organisch leven.
Hoewel een dergelijk voorstel kosteneffectief zou zijn en een aantal zeer opwindende mogelijkheden voor onderzoek zou opleveren, heeft het ook enkele beperkingen. In de jaren 2020-2030 beleeft het noordelijk halfrond van Titan bijvoorbeeld zijn winterseizoen; op dat moment zal de dikte van de atmosfeer directe communicatie naar de aarde en uitzicht op de aarde onmogelijk maken. Bovendien zou een nautisch voertuig de verkenning van de landoppervlakken van Titan uitsluiten.
Deze bieden enkele van de meest waarschijnlijke perspectieven voor het bestuderen van de geavanceerde chemische evolutie van Titan, inclusief het duinzand van Titan. Als een door de wind geteisterd gebied heeft dit gebied waarschijnlijk materiaal van overal in Titan afgezet en kan het ook op een vreemde manier veranderde materialen bevatten. Net zoals de Mars Pathfinder landingsplaats werd geselecteerd zodat het monsters uit een groot gebied kon verzamelen, zoals locatie een ideale locatie voor een lander zou zijn.
Als zodanig bepleitten Lorenz en zijn collega's het type missie dat werd verwoord in de Flagship Study 2007, waarin werd opgeroepen tot een Montgolfière-ballon voor regionale verkenning en een Pathfinder-achtige lander. Dit zou de mogelijkheid bieden om oppervlaktebeelden uit te voeren met resoluties die onmogelijk zijn vanuit de ruimte (vanwege de dikke atmosfeer) en om de oppervlaktechemie en de inwendige structuur van de maan te onderzoeken.
Dus terwijl de ballon geografische gegevens met een hoge resolutie van de maan zou verzamelen, kon de lander seismologische onderzoeken uitvoeren die de dikte van het ijs boven de interne oceaan van Titan zouden karakteriseren. Een landingsmissie zou echter beperkt zijn qua bereik en het oppervlak van Titan levert problemen op voor mobiliteit. Dit zou meerdere landers of een verplaatsbare lander tot de meest gewenste optie maken.
"Potentiële doelen zijn gebieden waar we vaste oppervlaktematerialen kunnen meten, waarvan de samenstelling nog steeds niet goed bekend is, bijvoorbeeld het duinzand van Titan", zegt Turtle. “Gedetailleerde in situ analyse is nodig om hun samenstelling te bepalen. De meren en zeeën zijn ook intrigerend; maar op korte termijn (missies die in de jaren 2030 aankomen) zullen de meeste daarvan in de winter donker zijn. Dus het verkennen ervan zou waarschijnlijk tot 2040 moeten wachten. ”
Dit missieconcept zou ook profiteren van verschillende technologische vorderingen die de afgelopen jaren zijn gemaakt. Zoals Lorenz tijdens de presentatie uitlegde:
“De zwaarder-dan-luchtmobiliteit bij Titan is in feite zeer efficiënt en bovendien verbeteringen in autonome vliegtuigen in de twee decennia sinds de CSWG een dergelijke verkenning tot een realistisch vooruitzicht heeft gemaakt. Meerdere in-situ landers die worden afgeleverd door een luchtvoertuig zoals een vliegtuig of een lander met luchtmobiliteit om toegang te krijgen tot meerdere locaties, zouden de meest wenselijke wetenschappelijke capaciteit bieden, zeer relevant voor de thema's oorsprong, werking en leven. ”
Lorenz, Turtle en Barnes zullen deze bevindingen ook presenteren op de komende 48e conferentie over maan- en planeetwetenschappen - die plaatsvindt van 20 tot 24 maart in The Woodlands, Texas. Daar zullen ze worden vergezeld door extra leden van de Johns Hopkins APL en de Universiteit van Idaho, evenals panelleden van NASA's Goddard Space Flight Center, Pennsylvania State University en Honeybee Robotics.
Ze gaan echter in op enkele extra uitdagingen die niet aan de orde zijn gekomen tijdens de Vision Workshop 2050, en zullen een kleine draai aan hun idee geven. In plaats van een ballon en meerdere landers, presenteren ze een missieconcept met een 'Dragonfly' qaudcopter. Dit voertuig met vier rotoren zou kunnen profiteren van de dikke atmosfeer en de lage zwaartekracht van Titan om monsters te verkrijgen en de oppervlaktesamenstelling in meerdere geologische omgevingen te bepalen.
Dit concept omvat ook veel recente technologische vooruitgang, waaronder moderne besturingselektronica en vooruitgang in het ontwerpen van commerciële onbemande luchtvaartuigen (UAV). Bovendien zou een quadcopter geen gebruik maken van chemisch aangedreven retrorockets en zou hij tussen vluchten kunnen opstarten, waardoor hij een mogelijk veel langere levensduur zou hebben.
Deze en andere concepten voor het verkennen van de maan Titan van Saturnus zullen de komende jaren zeker aan kracht winnen. Gezien de vele mysteries die op deze wereld zijn opgesloten - met onder meer overvloedig waterijs, prebiotische chemie, een methaancyclus en een ondergrondse oceaan die waarschijnlijk een prebiotische omgeving zal zijn - is het zeker een populair doelwit voor wetenschappelijk onderzoek.
