Letzte Woche – von Montag, 27. Februar bis Mittwoch, 1. März – veranstaltete die NASA die „ Planetary Science Vision 2050 Workshop “ in ihrem Hauptsitz in Washington, DC. Im Zuge der vielen Präsentationen, Reden und Podiumsdiskussionen teilte die NASA der internationalen Gemeinschaft ihre vielen Pläne für die Zukunft der Weltraumforschung.
Zu den ehrgeizigeren gehörte ein Vorschlag zur Erkundung Titan mit einem Aerial Explorer und einem Lander. Aufbauend auf dem Erfolg der ESA Cassini-Huygen Mission würde dieser Plan einen Ballon beinhalten, der die Oberfläche von Titan aus geringer Höhe erkunden würde, zusammen mit einem Mars-Pfadfinder -ähnliche Mission, die die Oberfläche erkunden würde.
Letztendlich besteht das Ziel einer Mission zum Titan darin, die reichhaltige organisch-chemische Umgebung des Mondes zu erforschen, was eine einzigartige Gelegenheit für Planetenforscher darstellt. Seit einiger Zeit haben Wissenschaftler verstanden, dass die Oberfläche und Atmosphäre des Titans eine Fülle von organischen Verbindungen und die gesamte präbiotische Chemie enthalten, die für das Funktionieren des Lebens erforderlich ist.
Künstlerische Darstellung von Huygens Landung auf Titan. Bildnachweis: ESA
Die Präsentation mit dem Titel „ Mobilität in der Luft: Der Schlüssel zur Erforschung der reichen chemischen Vielfalt von Titan “ wurde von Ralph Lorenz von der Johns Hopkins Labor für angewandte Physik , und unter dem gemeinsamen Vorsitz von Elizabeth Turtle (ebenfalls von John Hopkins APL) und Jason Barnes von der Fakultät für Physik der University of Idaho . Wie Turtle Universe Today per E-Mail erklärte, bietet Titan einige aufregende Möglichkeiten für eine Mission der nächsten Generation:
„Titan ist von besonderem Interesse, weil die reichhaltige und komplexe organische Chemie uns über chemische Wechselwirkungen lehren kann, die hier auf der Erde (und anderswo?) aufgetreten sein könnten, die zur Entwicklung von Leben führten. Darüber hinaus hat Titan nicht nur einen inneren Ozean aus flüssigem Wasser, sondern es hat auch Möglichkeiten gegeben, dass sich organisches Material mit flüssigem Wasser an der Oberfläche von Titan vermischt hat, zum Beispiel Einschlagskrater und möglicherweise kryovulkanische Eruptionen. Die Kombination von organischem Material mit flüssigem Wasser erhöht natürlich das astrobiologische Potenzial.“
Aus diesem Grund ist die Erforschung von Titan seit Jahrzehnten ein wissenschaftliches Ziel. Die einzige Frage ist, wie man die einzigartige Umgebung von Titan am besten erkunden kann. In früheren dekadischen Umfragen – wie der Campaign Strategy Working Group (CSWG) on Prebiotic Chemistry in the Outer Solar System, an der Lorenz beteiligt war – wurde vorgeschlagen, dass ein mobiles Fluggerät (wie ein Luftschiff oder ein Ballon) gut der Aufgabe angepasst.
Solche Fahrzeuge wären jedoch nicht in der Lage, die Methanseen von Titan zu untersuchen, die für die Erforschung der präbiotischen Chemie eine der aufregendsten Anziehungspunkte des Mondes sind. Darüber hinaus wäre ein Luftfahrzeug nicht in der Lage, eine chemische In-situ-Analyse der Oberfläche durchzuführen, ähnlich wie bei dem Mars-Erkundungs-Rover (Geist, GelegenheitundNeugier)auf dem Mars gemacht haben – und das mit immensen Ergebnissen!
Links der TALISE (Titan Lake In-situ Sampling Propelled Explorer) der ESA und rechts der Titan Mare Explorer (TiME) der NASA. Bildnachweis: bisbos.com
Gleichzeitig untersuchten Lorenz und seine Kollegen Konzepte zur Erkundung der Kohlenwasserstoffmeere von Titan – wie die vorgeschlagenen Titan Stute Explorer (Zeitkapsel. Als einer von mehreren Finalisten des Discovery-Wettbewerbs der NASA 2010 sah dieses Konzept den Einsatz eines nautischen Roboters auf Titan in den kommenden Jahrzehnten vor, um seine Methanseen zu untersuchen, um mehr über den Methankreislauf zu erfahren und nach Anzeichen von organischem Leben zu suchen.
Ein solcher Vorschlag wäre zwar kosteneffektiv und bietet einige sehr spannende Möglichkeiten für die Forschung, weist jedoch auch einige Einschränkungen auf. Zum Beispiel wird die nördliche Hemisphäre von Titan während der 2020er bis 2030er Jahre ihre Wintersaison erleben; An diesem Punkt wird die Dicke seiner Atmosphäre eine direkte Kommunikation zur Erde und eine Sicht auf die Erde unmöglich machen. Darüber hinaus würde ein nautisches Fahrzeug die Erkundung der Landoberflächen von Titan verhindern.
Diese bieten einige der wahrscheinlichsten Aussichten für die Untersuchung der fortgeschrittenen chemischen Evolution von Titan, einschließlich der Dünensande von Titan. Als windgepeitschte Region hat dieses Gebiet wahrscheinlich Material von ganz Titan abgelagert und kann auch wässrig veränderte Materialien enthalten. So wie die Mars-Pfadfinder Der Landeplatz wurde so ausgewählt, dass er Proben aus einem weiten Gebiet sammeln konnte, z. B. ein idealer Standort für einen Lander.
Lorenz und seine Kollegen setzten sich daher für die Art der Mission ein, die in der Flaggschiff-Studie 2007 , die einen Montgolfière-Ballon für die regionale Erkundung und einen Pathfinder-ähnlichen Lander forderte. Dies würde die Möglichkeit bieten, Oberflächenaufnahmen mit Auflösungen durchzuführen, die aus der Umlaufbahn (aufgrund der dicken Atmosphäre) unmöglich sind, sowie die Oberflächenchemie und die innere Struktur des Mondes zu untersuchen.
Künstlerische Vorstellung einer möglichen Struktur für unterirdische Flüssigkeitsreservoirs auf dem Saturnmond Titan. Bildnachweis: ESA/ATG medialab
Während der Ballon also hochauflösende geografische Daten des Mondes sammeln würde, könnte der Lander seismologische Untersuchungen durchführen, die die Dicke des Eises über dem inneren Wasserozean von Titan charakterisieren würden. Eine Landermission wäre jedoch in Bezug auf die Reichweite begrenzt, und die Oberfläche von Titan bereitet Probleme für die Mobilität. Dies würde mehrere Lander oder einen verschiebbaren Lander zur begehrtesten Option machen.
„Potenzielle Ziele umfassen Gebiete, in denen wir feste Oberflächenmaterialien messen können, deren Zusammensetzung noch nicht genau bekannt ist, beispielsweise die Dünensande von Titan“, sagte Turtle. „Um ihre Zusammensetzung zu bestimmen, ist eine detaillierte in-situ-Analyse erforderlich. Auch die Seen und Meere sind faszinierend; In naher Zukunft (Missionen, die in den 2030er Jahren eintreffen) werden die meisten jedoch in winterlicher Dunkelheit stattfinden. Daher müsste es wahrscheinlich bis in die 2040er Jahre warten, sie zu erkunden.“
Dieses Missionskonzept würde auch von mehreren technologischen Fortschritten profitieren, die in den letzten Jahren gemacht wurden. Wie Lorenz im Zuge der Präsentation erklärte:
„Schwerer-als-Luft-Mobilität bei Titan ist in der Tat hocheffizient, außerdem machen Verbesserungen bei autonomen Flugzeugen in den zwei Jahrzehnten seit der CSWG eine solche Erkundung zu einer realistischen Perspektive. Mehrere In-Situ-Lander, die von einem Luftfahrzeug wie einem Flugzeug oder einem Lander mit Luftmobilität geliefert werden, um auf mehrere Standorte zuzugreifen, würden die wünschenswertesten wissenschaftlichen Fähigkeiten bieten, die für die Themen Herkunft, Funktionsweise und Leben von hoher Relevanz sind.“
Aktualisierte Karten von Titan, basierend auf dem Cassini Imaging Science Subsystem. Bildnachweis: NASA/JPL/Space Science Institute
Lorenz, Turtle und Barnes werden diese Erkenntnisse auch auf der kommenden 48. Mond- und Planetenwissenschaftskonferenz – die vom 20. bis 24. März in The Woodlands, Texas stattfindet. Dort werden sie von weiteren Mitgliedern der Johns Hopkins APL und der University of Idaho sowie von Diskussionsteilnehmern der NASA unterstützt Goddard Space Flight Center , Pennsylvania Staatsuniversität , und Honeybee-Robotik .
Sie werden jedoch einige zusätzliche Herausforderungen angehen, die beim 2050 Vision Workshop nicht angesprochen wurden, und eine leichte Wendung ihrer Idee präsentieren. Statt eines Ballons und mehrerer Lander präsentieren sie ein Missionskonzept mit einem „Dragonfly“-Quadcopter. Dieses Fahrzeug mit vier Rotoren könnte die dichte Atmosphäre und die geringe Schwerkraft von Titan nutzen, um Proben zu entnehmen und die Oberflächenzusammensetzung in mehreren geologischen Umgebungen zu bestimmen.
Dieses Konzept beinhaltet auch viele neue technologische Fortschritte, zu denen moderne Steuerelektronik und Fortschritte bei der Konstruktion kommerzieller unbemannter Luftfahrzeuge (UAV) gehören. Darüber hinaus würde ein Quadrocopter chemisch angetriebene Retroraketen abschaffen und könnte zwischen den Flügen hochfahren, was ihm eine möglicherweise viel längere Lebensdauer verleiht.
Diese und andere Konzepte zur Erforschung des Saturnmondes Titan werden in den kommenden Jahren mit Sicherheit an Bedeutung gewinnen. Angesichts der vielen Geheimnisse, die auf dieser Welt verborgen sind – darunter reichlich Wassereis, präbiotische Chemie, ein Methankreislauf und ein unterirdischer Ozean, der wahrscheinlich eine präbiotische Umgebung ist – ist es sicherlich ein beliebtes Ziel für wissenschaftliche Forschung.
