Tussen de vele manen van ons zonnestelsel, Titan van Saturnus valt op - het is de enige maan met een substantiële atmosfeer en vloeistof op het oppervlak. Het heeft zelfs een weersysteem zoals dat van de aarde, hoewel het methaan regent in plaats van water. Zou het ook een soort leven kunnen herbergen?

NASA's Dragonfly-missie, die halverwege de jaren '30 een verplaatsbare lander naar het oppervlak van Titan zal sturen, zal de eerste missie zijn om het oppervlak van Titan te verkennen, en het heeft grote doelen.

Op 19 juli, het Dragonfly-wetenschappelijke team heeft "Science Goals and Objectives for the Dragonfly Titan Rotorcraft Relocatable Lander" gepubliceerd in Het planetaire wetenschappelijke tijdschrift . De hoofdauteur van het artikel is Jason Barnes, Dragonfly plaatsvervangend hoofdonderzoeker en een professor in de natuurkunde aan de Universiteit van Idaho.

De doelen voor Dragonfly zijn onder meer zoeken naar chemische biosignaturen; het onderzoeken van de actieve methaancyclus van de maan; en het verkennen van de prebiotische chemie die momenteel plaatsvindt in de atmosfeer en op het oppervlak van Titan.

"Titan vertegenwoordigt de utopie van een ontdekkingsreiziger, " zei co-auteur Alex Hayes, universitair hoofddocent sterrenkunde aan de Hogeschool voor de Kunsten en Wetenschappen en een Dragonfly-medeonderzoeker. "De wetenschappelijke vragen die we hebben voor Titan zijn erg breed omdat we nog niet veel weten over wat er werkelijk aan de oppervlakte gebeurt. Voor elke vraag die we beantwoordden tijdens de verkenning van Titan door de Cassini-missie vanuit de baan van Saturnus, we kregen 10 nieuwe."

Hoewel Cassini al 13 jaar in een baan om Saturnus draait, de dikke methaanatmosfeer op Titan maakte het onmogelijk om de materialen op het oppervlak betrouwbaar te identificeren. Terwijl Cassini's radar wetenschappers in staat stelde de atmosfeer binnen te dringen en aardachtige morfologische structuren te identificeren, inclusief duinen, meren en bergen, de gegevens konden hun samenstelling niet onthullen.

"In feite, op het moment dat Cassini werd gelanceerd, wisten we niet eens of het oppervlak van Titan een wereldwijde vloeibare oceaan van methaan en ethaan was, of een vast oppervlak van waterijs en vaste organische stoffen, " zei Hayes, tevens directeur van het Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science en de Spacecraft Planetary Image Facility in A&S.

De Huygens-sonde, die in 2005 op Titan landde, is ontworpen om te drijven in een methaan/ethaanzee of om op een hard oppervlak te landen. De wetenschappelijke experimenten waren overwegend atmosferisch, omdat ze niet zeker wisten of het de landing zou overleven. Dragonfly zal de eerste missie zijn om het oppervlak van Titan te verkennen en de gedetailleerde samenstelling van het organisch-rijke oppervlak te identificeren.

"Wat ik zo opwindend vind, is dat we voorspellingen hebben gedaan over wat er op lokale schaal aan de oppervlakte gebeurt en hoe Titan als systeem werkt, "Hays zei, "en de afbeeldingen en metingen van Dragonfly zullen ons vertellen hoe goed of fout ze zijn."

Hayes heeft bijna zijn hele carrière aan Titan gewerkt. Hij wil vooral graag enkele van de vragen beantwoorden die Cassini heeft gesteld op het gebied van zijn specialiteit:planetaire oppervlakteprocessen en oppervlakte-atmosfeer-interacties.

"Mijn primaire wetenschappelijke interesses zijn het begrijpen van Titan als een complexe aardachtige wereld en het proberen te begrijpen van de processen die de evolutie ervan sturen, " zei hij. "Dat omvat alles, van de interacties van de methaancyclus met het oppervlak en de atmosfeer, tot de routing van materiaal door het oppervlak en mogelijke uitwisseling met het interieur."

Hayes zal ook aanzienlijke expertise op een ander gebied inbrengen:operationele ervaring van Mars rover-missies.

"De Dragonfly-missie profiteert van en vertegenwoordigt de kruising van Cornell's substantiële geschiedenis met rover-operaties en Cassini-wetenschap, "Zei Hayes. "Het brengt die twee dingen samen door Titan te verkennen met een verplaatsbaar bewegend vaartuig."

Cornell-astronomen zijn momenteel betrokken bij de missies Mars Science Laboratory en Mars 2020, en leidde de Mars Exploration Rovers-missie. De lessen die zijn getrokken uit deze rovers op Mars worden verplaatst naar Titan, zei Hayes.

Dragonfly zal een volledige Titan-dag (gelijk aan 16 aardse dagen) op één locatie doorbrengen om wetenschappelijke experimenten en observaties uit te voeren, en vlieg dan naar een nieuwe locatie. Het wetenschappelijke team zal beslissingen moeten nemen over wat het ruimtevaartuig vervolgens gaat doen op basis van lessen van de vorige locatie - "wat precies is wat de Mars-rovers al tientallen jaren doen, ' zei Hayes.

Titan's low gravity (around one-seventh of Earth's) and thick atmosphere (four times denser than Earth's) make it an ideal place for an aerial vehicle. Its relatively quiet atmosphere, with lighter winds than Earth, make it even better. And while the science team doesn't expect rain during Dragonfly's flights, Hayes noted that no one really knows the local-scale weather patterns on Titan—yet.

Many of the science questions outlined in the group's paper address prebiotic chemistry, an area that keenly interests Hayes. Many of the prebiotic chemical compounds that formed on early Earth are also formed in Titan's atmosphere, and Hayes is eager to see how far down the road of prebiotic chemistry Titan has really gone. Titan's atmosphere might be a good analogue for what happened on early Earth.

Dragonfly's search for chemical biosignatures will also be wide-ranging. In addition to examining Titan's habitability in general, they'll be investigating potential chemical biosignatures, past or present, from both water-based life to that which might use liquid hydrocarbons as a solvent, such as within its lakes, seas or aquifers.