Ważka w kosmosie

Tomasz Rożek

|

Nowy Numer 28/2019

dodane 11.07.2019 00:00

NASA przygotowuje się do wysłania misji na Tytana, jedyny księżyc w Układzie Słonecznym, który ma własną, gęstą atmosferę oraz rzeki i zbiorniki wypełnione ciekłą substancją.

Na Tytanie są rzeki i morza z płynnego metanu i etanu.  Czy misja kosmiczna odkryje tam ślady życia? Na Tytanie są rzeki i morza z płynnego metanu i etanu. Czy misja kosmiczna odkryje tam ślady życia?
wikipedia

Niestety, tą substancją nie jest woda, ale płynny metan i etan. Woda na Tytanie nigdy nie mogłaby być płynna, bo księżyc znajduje się stanowczo za daleko od Słońca. Okrążający Saturna księżyc jest pod wieloma względami oryginałem. Jego atmosfera jest gęstsza od ziemskiej, mimo że sam glob jest znacznie mniejszy od naszej planety. Atmosfera Tytana składa się z azotu z niewielką ilością argonu, metanu, etanu i acetylenu. Ta niewielka ilość jednak wystarczy, by z gęstych chmur padał ciekły metan i etan. Na zdjęciach z powierzchni księżyca widać rzeki i kanały, dopływy do jezior, a nawet delty rzek. Największy znany zbiornik Kraken Mare ma wielkość Morza Kaspijskiego. Na jego powierzchni znajdują się wyspy i całe atole. Dzięki zdjęciom sondy Cassini odkryto też rzekę do złudzenia przypominającą płynący w Afryce Nil. Dolina rzeczna ma 400 km długości. Rzeka wpada do morza Ligeia Mare.

Obserwowanie opadów na Tytanie jest dość skomplikowane, bo najpewniej pojawiają się one sezonowo, a pory roku zmieniają się tam co wiele ziemskich lat. Czy ten opis nie wystarczy, by przekonać nawet największych sceptyków do kosmicznej wyprawy na Tytana?

Roboty są lepsze

Oczywiście wyprawy robotycznej. Człowiek w tamtym środowisku nie miałby najmniejszych szans. O chodzeniu po powierzchni tego księżyca – z wielu powodów – można zapomnieć. Temperatury w granicach ­–200 st. C oraz silna radiacja to dwa wystarczające powody, by na Tytana wysyłać roboty, a nie ludzi. Powodów, by w ogóle tam lecieć, jest dużo, dużo więcej. Jaka jest geologia tej planety? Jaka panuje na niej pogoda? Jak działa tamtejsza atmosfera?

Rzeki, cały ich system, spełniają na Tytanie podobną funkcję co rzeki na Ziemi. Transportują ciecz pochodzącą z opadów do większych zbiorników. Tam ciecz paruje i tworzą się z niej chmury, które niesione prądami atmosferycznymi przemieszczają się. Gdy zaistnieją odpowiednie warunki, z chmur zaczyna padać deszcz. Na Ziemi deszcz wodny, na Tytanie deszcz metanu, a czasami także etanu. Genialne w swojej prostocie. My mamy globalny obieg wody, a na Tytanie jest globalny obieg metanu.

Podobieństw pomiędzy tym księżycem Saturna a Niebieską Planetą jest więcej. Na dużych zbiornikach płynnych węglowodorów występują fale. Podobne do tych, które można oglądać na ziemskich morzach i oceanach. Instalowane na pokładach satelitów urządzenia są w stanie wykryć z orbity księżyca fale o wysokości zaledwie kilku centymetrów. Tytan jest drugim po Ziemi globem, na którym zaobserwowano falowanie zbiorników wypełnionych cieczą. Naukowcy obliczyli nawet, że nachylenie fal sięga około 6 stopni, a to oznacza – biorąc wszystkie znane nam czynniki pod uwagę – że do ich utworzenia był potrzebny lekki wiaterek wiejący z prędkością około 3 km/s.

Na Tytanie, tak jak na Ziemi, występują pory roku. Z tym że u nas cykl sezonowy trwa rok, a tam 30 lat. W efekcie każda pora roku ciągnie się przez około 7 lat. Rok 2017 był samym środkiem „lata” na półkuli północnej. I środkiem „zimy” na półkuli południowej. Latem – na Tytanie – wiatry stają się porywiste, ale czy to doprowadzi do powstania fali sztormowej? Z kolei zima to sezon obfitujący w opary. Nie deszczu wodnego, tylko metanu – rzecz jasna. Na Tytanie występują mgły i układy chmur bardzo podobne do tych, które obserwujemy w atmosferze ziemskiej.

Pierwsze pomiary

Tytan jest księżycem, który ma twardą, skalistą powierzchnię, a to nie tylko kolejne podobieństwo do innych skalistych planet, m.in. Ziemi, ale także bardzo dobra wiadomość dla inżynierów, którzy chcą ten księżyc badać. Skaliste obiekty bada się znacznie łatwiej niż gazowe. Choć chcąc być ścisłym, należałoby napisać, że te gazowe potrafimy badać tylko z zewnątrz. Tymczasem lądowanie na skalistych globach zostało przećwiczone już wiele razy. Także na Tytanie.

Księżyc został odkryty w XVII w., a pierwszą sondą, która go zbadała, był Voyager 1, który pod koniec 1980 r. przeleciał kilka tysięcy kilometrów od powierzchni Tytana. Zrobione wtedy zdjęcia na niewiele się zdały z powodu gęstej atmosfery i dużego zachmurzenia. Kolejna sonda doleciała do Tytana wiele lat później, bo dopiero w 2004 r. Nie tylko zresztą doleciała, ale upuściła na jego powierzchnię lądownik Huygens. Na powierzchni księżyca lądownik pracował dzielnie przez ponad godzinę (choć był zaprojektowany na góra kilkanaście minut), a następnie zamarzł. Podłoże, na którym wylądował, było miękkie, ale nie podmokłe. Może wpadł w zaspę metanowego śniegu? To właśnie zdjęcia z misji Cassini/Huygens pokazały nam, jaka jest powierzchnia Tytana. Przed naszymi oczami pojawił się krajobraz zaskakująco podobny do naszego. Z górami, jeziorami i rzekami. To podobieństwo – w pewnym stopniu – jest pozorne. Warunki atmosferyczne, jakie tam panują, są skrajnie inne niż nasze.

Huygens nie tylko fotografował powierzchnię Tytana. Przede wszystkim dokonywał pomiarów parametrów atmosfery. Na swoim pokładzie miał zainstalowane urządzenia wykonane m.in. w Polsce, termometry, urządzenia do pomiaru przewodności cieplnej i ciśnienia.

Sukcesy wielokrotnych przelotów sondy Cassini oraz wręcz hipnotyzujące zdjęcia nadesłane przez lądownik Huygens spowodowały, że o kolejnej misji na Tytana zaczęto mówić dość szybko. NASA planuje, że w połowie lat 30. XXI w. wyśle na ten intrygujący księżyc misję Dragonfly, czyli Ważka. W ramach tej misji niewielki dron, zasilany energią pochodzącą z rozpadu izotopów, będzie badał powierzchnię i atmosferę księżyca, przelatując z miejsca na miejsce.

Jak nie woda, to co?

Dane zebrane przez latającą „ważkę” pomogą znaleźć odpowiedź na pytanie o powstawanie życia na Ziemi. Tytan ma atmosferę bardzo bogatą w związki organiczne, węglowodory, a te – jak się wydaje – odgrywają kluczową rolę w tworzeniu pierwszych nasion życia. Czy życie na Tytanie zostało kiedykolwiek zasiane? Czy wykiełkowało? A może wciąż tam jest? Gdyby na Tytanie Ważka odkryła życie, to byłaby niesamowita sensacja. Warunki, jakie panują na powierzchni tego księżyca, tak znacząco odbiegają od tych, które uważamy za przyjazne życiu, że próba wyobrażenia sobie, jak to tytanowe życie miałoby wyglądać, przyprawia o ból głowy. Ono musiałoby być zupełnie inne niż nasze. Czy byłoby zależne od wody? Nie! Nie mogłoby takie być. Na księżycu z temperaturami około –200 st. C nie ma mowy o ciekłej wodzie. Jak nie woda, to co? Oto jest pytanie. Z drugiej strony warunki, jakie panowały na Ziemi wiele miliardów lat temu, były podobne.

Z ujawnionych przez NASA planów Ważki wynika, że będzie miała ona 8 rotorów, czyli śmigiełek, które pozwolą jej się unieść i sprawnie przemieszczać. I znowu inżynierom się poszczęściło. Aby dron mógł latać, potrzebna jest atmosfera. Na Tytanie jest atmosfera. Z drugiej zaś strony Tytan jest małym globem, a to w praktyce znaczy, że do utrzymania drona „w powietrzu” potrzeba dużo mniej energii niż na Ziemi. Ważka będzie dużo większa niż drony latające nad naszą planetą, będzie miała wielkość marsjańskiego łazika. Te ostatnie czerpią energię z ogniw słonecznych, ale na Tytanie jest za mało światła. Źródłem energii dla Ważki będzie specjalny rodzaj baterii izotopowej. W skrócie: dron będzie napędzany energią jądrową, ale jej produkcja będzie przebiegała inaczej niż w reaktorach jądrowych na Ziemi. Co ciekawe, baterie muszą zasilić nie tylko rotory, ale także system ogrzewania instrumentów naukowych. Te w tak niskich temperaturach nie mogłyby funkcjonować.

Lot Ważki wymaga więcej energii, niż jest w stanie wyprodukować izotopowa bateria na jej pokładzie, stąd dron nie będzie non stop w powietrzu. Co kilka kilometrów Ważka będzie lądowała i wyłączała silniki. Wtedy będzie ładowała akumulatory. Gdy te staną się pełne, dron znowu będzie startował i leciał dalej. Plan jest taki, by odcinki pokonywane w powietrzu miały od 5 do 8 km. Projekt zakłada, że urządzenie będzie badało Tytana przez 3 lata. Może w tym czasie pokonać do 200 km. Żadne z wybudowanych przez człowieka urządzeń nie pokonało na obcym globie tak dużego dystansu. Te chwile, kiedy dron będzie lądował, nie oznaczają bezczynności. To wtedy lądownik będzie badał grunt, a nawet pobierał do analizy jego próbki.

NASA chce, by Dragonfly poleciał na Tytana w 2026 r. Lądowanie powinno mieć miejsce w 2034 r. (po 8 latach lotu). Odległość pomiędzy Ziemią a Tytanem to 1,4 mld kilometrów. •