Tytan jest zimny, spowity gęstymi chmurami oraz pokryty rzekami i jeziorami płynnych węglowodorów. Na pierwszy rzut oka to niegościnny świat. Jednak naukowcy podejrzewają, że istnieją na nim podobne warunki jak przed miliardami lat na Ziemi.

– Tytan jest kosmicznym laboratorium. Kuchnią, w której warzą się składniki pierwotnej zupy życia. Właśnie dlatego chcemy tam polecieć. A konkretnie to nad nim polatać, dzięki dronowi i możliwościom rozszerzonej rzeczywistości – mówi dr Elizabeth Turtle z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, szefowa misji NASA nazwanej Dragonfly.

Wciąż nie wiemy, jak na naszej planecie pojawiły się pierwsze organizmy żywe. Część śladów po tych procesach została zniszczona przez samo rozwijające się życie, inne przez procesy geologiczne i szalejące żywioły.

Ponieważ nie mamy wehikułu czasu, który pozwoliłby nam odwiedzić dawną Ziemię, musimy szukać w Układzie Słonecznym ciał niebieskich, na których panują podobne warunki. Największe nadzieje naukowcy wiążą dziś właśnie z księżycem Saturna.

Chemiczne składniki organizmów, czyli klocki życia

Dlaczego Tytan jest taki wyjątkowy? Przede wszystkim to jedyny księżyc Układu Słonecznego, który otacza atmosfera. Jest ponad czterokrotnie gęstsza od ziemskiej i składa się głównie z azotu. Na powierzchni księżyca występuje wiele związków organicznych, węglowodory, amoniak i woda. Jednak to nie ona płynie w jeziorach i rzekach pokrywających Tytana, lecz skroplony metan. Parując, tworzy on gęste chmury, z których pada metanowy deszcz. Niestety właśnie ze względu na te chmury obserwacja Tytana z dużej odległości jest niemal niemożliwa. Żeby coś zobaczyć, trzeba tam polecieć.

W roku 1997 dzięki współpracy NASA, ESA oraz Włoskiej Agencji Kosmicznej w trwającą siedem lat podróż wyruszyła sonda Cassini. Przybyła do układu Saturna, by zbadać samego gazowego olbrzyma i jego charakterystyczne pierścienie, ale też otaczające go księżyce. Już wówczas szczególne zainteresowanie naukowców budził Tytan.

Aby zbadać księżyc, stworzono lądownik Huygens. To właśnie jemu zawdzięczamy współczesną wiedzę o atmosferze i ukształtowaniu powierzchni Tytana. Huygens przesłał na Ziemię 350 zdjęć, pokazując nam odległy, ale też podobny do naszego świat: z wysokimi, ostrymi szczytami górskimi, wyżłobionymi przez rzeki dolinami i metanowymi jeziorami.

Teraz świat ten odwiedzi sonda Dragonfly, czyli ważka. Będzie to pierwszy w historii kosmiczny helikopter z laboratorium na pokładzie. – Tytan jest nietypowym ciałem niebieskim w Układzie Słonecznym, a Dragonfly jest nietypową misją. Nasz dron odwiedzi świat pełen organicznych cząsteczek, cegiełek, z których na Ziemi narodziło się życie. To pozwoli nam dowiedzieć się więcej o prapoczątku procesów życiotwórczych – mówi zaangażowany w projekt dr Thomas Zurbuchen, astrofizyk z NASA.

Dragonfly to dron z napędem jądrowym

Sonda Dragonfly ma mieć podobne rozmiary jak marsjańskie łaziki. Większość czasu spędzi na powierzchni księżyca – tylko raz na 16 ziemskich dni (tyle trwa jeden dzień na Tytanie) będzie podrywać się do lotu, by zmienić lokalizację.

Ułatwi to fakt, że grawitacja na Tytanie jest siedmiokrotnie słabsza niż na Ziemi. – Aby tam latać, wystarczy po prostu założyć skrzydła – mówi dr Turtle i dodaje, że lot helikoptera ma służyć nie tylko przemieszczaniu się, ale również zbieraniu danych z atmosfery.

Dragonfly zostanie wyposażona w dwie kamery: jedną zainstalowaną z przodu, służącą do  obserwacji przestrzeni przed dronem, oraz drugą skierowaną w dół. Poza tym na pokładzie znajdzie się też wiertło umożliwiające pobieranie i analizowanie próbek gleby oraz sejsmometr, który zbada aktywność tektoniczną i pomoże określić grubość lodu pokrywającego księżyc.

Do powierzchni Tytana dociera niewiele światła słonecznego, więc sonda nie może polegać na panelach fotowoltaicznych. Energii dostarczą jej zasilacze izotopowe, które uzyskują prąd z ciepła towarzyszącego rozpadowi promieniotwórczych pierwiastków. Takie zasilanie stosuje się tam, gdzie konieczna jest niezawodność połączona z niewielkim zapotrzebowaniem na moc.

Znaczna część energii zostanie wykorzystana do przesyłania danych na Ziemię. Ten proces jest też czasochłonny – informacja wysłana przez Dragonfly dotrze do naukowców dopiero po upływie 2,5 godziny. To oznacza, że dron będzie w dużym stopniu autonomiczny. Do odnajdywania drogi użyje kamer, żyroskopów i akcelerometrów, samodzielnie określi także miejsca kolejnych lądowań.

Terraformacja Tytana: roztopić i zasiedlić?

Start misji planowany jest na rok 2027. Po siedmiu latach podróży Dragonfly dotrze do Tytana i zacznie eksplorować jego powierzchnię, co ma z kolei potrwać dwa i pół roku. Sonda zbada znajdujące się na równiku wydmy oraz dna kraterów uderzeniowych. Sprawdzi skład atmosfery, właściwości księżycowego gruntu i znajdującego się pod nią oceanu.

– Z punktu widzenia technologicznego Dragonfly nie jest przełomowa. Wszystkie użyte w niej rozwiązania zostały już wielokrotnie przetestowane. Nowatorskie jest ich połączenie, a przede wszystkim użycie napędu śmigłowego. Dopiero to daje naprawdę wyjątkowe możliwości – mówi dr Turtle.

Uczeni liczą też na to, że będą oglądać Tytana z perspektywy sondy. Posłuży do tego tzw. rozszerzona rzeczywistość zapewniająca połączenie danych generowanych komputerowo z obrazami przekazywanymi z kamer drona. Badacze prześledzą zdalnie cały proces wyboru kierunku lotu, obserwacje prowadzone w jego trakcie oraz lądowania w nowych miejscach.

– Kilkanaście lat badań Tytana, 126 przelotów sondy Cassini i dane z lądownika Huygens pozwoliły nam ustalić, że na Tytanie występują związki organiczne. Ale nie znamy szczegółów – tłumaczy dr Turtle.

– W dodatku pod powierzchnią tego księżyca znajduje się ocean, a tamtejsze wulkany wyrzucają wodę zamiast lawy. Dzięki Dragonfly dowiemy się więcej o tym, jak ciało niebieskie zmienia się z miejsca nieprzychylnego życiu w takie, które może je podtrzymać. Czyli jakie warunki muszą być spełnione, by chemia zmieniła się w biologię.

W dalszej perspektywie naukowcy zastanawiają się nad tym, czy Tytana można by poddać procesowi terraformacji, czyli sztucznej zmiany jego środowiska tak, by przypominało ziemskie. Jak tego dokonać? Jeden z pomysłów zakłada umieszczenie na orbicie księżyca luster skupiających promieniowanie słoneczne, które miałoby podgrzać jego pokrytą lodem powierzchnię.

Lód ten zawiera znaczne ilości gazów cieplarnianych (które po uwolnieniu doprowadziłyby do podgrzania atmosfery i dalszego topnienia lodu), a także niezbędny organizmom żywym tlen i wodę. Tej ostatniej teoretycznie jest tak dużo, że po całkowitym stopieniu pokrywy lodowej Tytan byłby pokryty oceanem głębokości aż 1700 km i prawdopodobnie nadawałby się do zamieszkania.

Zarzucona koncepcja, czyli kosmiczna łódź podwodna

Co ciekawe, naukowcy chcieli pływać w morzach Tytana już teraz. Zamiast Dragonfly na Tytana mogła być wysłana łódź podwodna – nad taką koncepcją misji pracował Artur Chmielewski, polski inżynier z NASA Jet Propulsion Laboratory. – Chcieliśmy zbudować łódź, a konkretnie batyskaf zdolny badać dna jezior metanu na Tytanie – mówi.

Uczeni z kierowanej przez niego grupy doszli do wniosku, że gromadzące się na dnie tych jezior osady muszą być bogate w złożone związki chemiczne, które być może są już zdolne do wyewoluowania w białka stanowiące fundament życia. W dodatku pod powierzchnią Tytana znajduje się ocean słonej wody.

Łódź podwodna byłaby w stanie sprawdzić, czy dochodzi do pęknięć w skorupie, które pozwalają na mieszanie się H2O z innymi związkami chemicznymi. – W atmosferze Tytana jest wiele węglowodanów, które opadają m.in. na powierzchnię zbiorników metanu. Gromadzą się na brzegach, na dnie. To środowisko aż prosi się o szczegółową analizę – twierdzi Artur Chmielewski.

Budżet na badanie powierzchni Tytana zaplanowano na 750 mln dolarów. Projekt łodzi podwodnej okazał się jednak zbyt kosztowny i został zarzucony. Grupa Artura Chmielewskiego zmodyfikowała koncepcję i uznała, że można na Tytana wysłać orbiter oraz łódź – już nie podwodną, lecz taką, która będzie pływała po metanowych jeziorach czy rzekach.

– Pomyśleliśmy, że zrzucimy łódź z orbitera, a wówczas zanurzy się ona w zbiorniku nawet przy panującej na Tytanie niewielkiej grawitacji. Mogłaby wówczas zbierać dane zarówno pod powierzchnią, jak i na niej – mówi Artur Chmielewski. – Jednak i tym razem przekroczyliśmy zaplanowany budżet o 80 mln dolarów. Zwyciężyła koncepcja Dragonfly. Przegraliśmy w tej konkurencji, ale oczywiście gratulujemy wygranym, bo tak naprawdę chodzi tu o pogłębianie ludzkiej wiedzy. Dzięki temu wszyscy wygrywamy.