Misja Cassini-Huygens - poznać Saturna i jego księżyce

Misja Cassini-Huygens rozpoczęła się w październiku 1997 roku. Jest wspólnym przedsięwzięciem trzech agencji kosmicznych: amerykańskiej NASA, europejskiej ESA i włoskiej ASI. W skład zespołu Cassini-Huygens wchodzi sonda Cassini, której zadaniem było badanie Saturna, jego pierścieni i księżyców oraz lądownik Huygens, który miał wylądować na największym księżycu Saturna – Tytanie. Imiona zespołu sonda-lądownik zostały wzięte od dwóch siedemnastowiecznych astronomów zasłużonych dla badania drugiej planety Układu Słonecznego i jej otoczenia. Włoch Giovanni Domenico Cassini odkrył przerwę w pierścieniach Saturna oraz cztery jego księżyce (Japeta, Reę, Tetydę i Dione). Natomiast Holender Christiaan Huygens odkrył Tytana oraz jako pierwszy prawidłowo opisał naturę pierścieni Saturna. 

W lipcu 2004 roku sonda Cassini stała się pierwszym sztucznym satelitą Saturna. Do czasu przybycia zespołu Cassini-Huygens w okolice Saturna, niewiele wiedzieliśmy o jednym z największych księżyców w Układzie Słonecznym. Tytan (średnica równikowa 5150 km) ustępuje tylko nieznacznie księżycowi Jowisza – Ganimedesowi (5268,2 km). Trzeba podkreślić, że jest większy od najmniejszej planety, czyli Merkurego (4879,4 km).

Czytaj też: Oceany pod trzema księżycami Saturna?

Wcześniejsze obserwacje były prowadzone przez astronomów, którzy odkryli, że ten księżyc ma atmosferę (1907, Josep Comas Solá), której jednym ze składników jest metan (1944, Gerard Kuiper). Kolejnych danych dostarczyły nam próbniki. Sonda Pioneer 11, która przeleciała obok księżyca w 1979 roku ustaliła, że temperatury na jego powierzchni muszą być bardzo niskie, znacznie niższe od minus 150 stopni Celsjusza. A dane z sond Voyager 1 i 2, które przelatując obok Saturna w roku 1980 i 1981 dokonały wielu obserwacji Tytana, m.in. pozwoliły na wyliczenie ciśnienia atmosferycznego tego księżyca, które okazało się wyższe od ziemskiego ciśnienia o ok. 50%. Jego atmosfera o pomarańczowym kolorze i do tego nieprzejrzysta dla szerokiego zakresu fal elektromagnetycznych okazała się gęstsza od ziemskiej atmosfery. W 1995 roku kosmiczny teleskop Hubble potwierdził, że na powierzchni Tytana mogą się znajdować jeziora lub morza ciekłego metanu oraz etanu. 

Czytaj też: Sonda Cassini odkryła wypełnione cieczą kaniony na Tytanie.

Lądowanie na Tytanie

Do lądowania Huygensa doszło 14 stycznia 2005 roku. Przejście przez atmosferę Tytana stanowiło spore wyzwanie, ponieważ próbnik musiał zredukować swoją prędkość od silnie naddźwiękowej do zaledwie kilku metrów na sekundę tuż przed lądowaniem. Wymagało to zastosowania wielu specyficznych rozwiązań inżynieryjnych, poczynając od osłony termodynamicznej z żaroodpornych płytek, poprzez układ spadochronów, aż do echolokacji. Dwu i półgodzinny manewr przejścia przez atmosferę przebiegł zgodnie z planem i 320-kilogramowy próbnik osiadł bezpiecznie na skraju rejonu nazwanego Xanadu, na ciemnej równinie pokrytej jedynie głazami zbudowanymi z lodu wodnego, przy temperaturze otoczenia niemal 200 stopni poniżej zera. Po wylądowaniu próbnik pracował jeszcze przez ponad godzinę, aż do ustania kontaktu z sondą Cassini. 

Ponieważ naukowcy nie wiedzieli jak wygląda powierzchnia Tytana, czy jest to węglowodorowy ocean, błotnista maź lub skalno-lodowa pokrywa, w związku z tym jeden z ośmiu eksperymentów nazwany SSP (Surface Science Package), był w całości poświęcony badaniom fizycznych własności powierzchni. Pozostałe instrumenty badały skład chemiczny, parametry fizyczne i dynamiczne (wiatry) atmosfery Tytana.

Próbnik Huygens zawierał sześć zestawów przyrządów: kamerę i radiometr spektralny, urządzenie radarowe do dopplerowskich pomiarów prędkości wiatru, przyrząd do analizy aerozoli, chromatograf gazowy oraz dwa komplety czujników do badań atmosfery i pomiarów fizykochemicznych na powierzchni.

Polski wkład w europejską misję

Polacy także mieli udział w tej misji. Grupa inżynierów i naukowców z Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie przygotowała jeden z czujników i Sensor THP (THermal Properties), który  miał mierzyć temperaturę i przewodnictwo cieplne w atmosferze oraz na powierzchni planety. Ponieważ eksperyment był projektowany we wczesnych latach dziewięćdziesiątych XX wieku, dominował wtedy model globalnego oceanu pokrywającego Tytana. W związku z tym wyznaczenie przewodnictwa cieplnego oceanu miało posłużyć do określenia jego składu. Lądowanie na powierzchni stałej wykluczyło ten pomiar, ale pozwoliło na zmierzenie przewodnictwa cieplnego atmosfery tuż nad powierzchnią planety. Inżynierowie z CBK PAN zaprojektowali też dużą część systemów elektronicznych eksperymentu SSP w postaci układów elektroniki analogowej, obsługujących pięć czujników do badań własności fizycznych powierzchni Tytana. Układy te zbudowano, według polskiego projektu, w Wielkiej Brytanii. 

Mimo krótkiego czasu działania próbnika Huygens, zebrał on dużo danych, prawie 60 megabajtów, które następnie zostały przesłane na Ziemię przez sondę Cassini. Można było z nich dowiedzieć się, że Tytan jest dynamicznym światem, pod wieloma względami podobnym do wczesnej Ziemi. Zachodzi na nim wiele procesów w atmosferze i na powierzchni podobnych do tych, które można zaobserwować na naszej planecie. W tej sytuacji naukowcy zastanawiają się, czy pomimo niesprzyjających warunków, nie wykształciła się na tym księżycu jakaś forma życia. 

Koniec misji Cassini planowany jest na 15 września 2017 r. Sonda wejdzie wtedy w atmosferę Saturna, gdzie ulegnie zniszczeniu. Manewr ten ma na celu ochronę m.in. Tytana przed przypadkowym skażeniem ziemskimi bakteriami. 

Źródło: CBK PAN

(PG)