Satürn

Dragonfly Uzay Aracı Satürn'ün Uydusu Titan'da Uçacak | Bilim

Titan'daki kumun neyden yapıldığını kimse tam olarak bilmiyor. Satürn'ün Merkür gezegeninden biraz daha büyük olan en büyük ayı, eksi-180 derecelik bir ortamda kaya gibi katı donmuş ve bazı yerlerde, daha yükseklere ulaşan dağ zirvelerine doğru itilmiş, esas olarak su buzundan oluşan bir kabuk tabakasına sahiptir. 10.000 metreden fazla.

Dünya'daki kum esas olarak silikadan oluşan ana kaya iken, Titan'daki kum, en azından tamamen buzlu ana kayadan gelmez. Yüzey daha çok organik bileşiklerle-karbonun yanı sıra hidrojen ve nitrojen gibi elementleri içeren moleküllerle tozlanır. Cassini uzay aracı, 2004'ten 2017'ye kadar Satürn'ün yörüngesinde Titan'ın 126 yakınından geçerek, yüzeydeki organikleri tespit edebildi, ancak tam olarak hangi bileşiklerin mevcut olduğunu belirleyemedi. Bilim adamları, bu materyallerin suya ve enerjiye maruz kaldıklarında canlı, çoğalan hücreler üreten reaksiyonları ateşleyebileceğine inanıyorlar.

Johns Hopkins Üniversitesi Uygulamalı Fizik Laboratuvarı'nda (APL) gezegen bilimci Elizabeth 'Zibi' Turtle, Titan'ın yaşam için gerekli tüm bu bileşenlere sahip olduğunu biliyoruz, diyor. Böylece, sonunda Dünya'da kimyayı biyolojiye götüren yol boyunca moleküllerin ve malzemelerin gelişmesine izin veren adımları ve süreçleri değerlendirme fırsatımız var.





Titan'ın kumunun gizemini ve belki de yaşamın başlangıcının daha büyük gizemini çözmek için NASA, kısa süre önce puslu turuncu aya 1 milyar dolarlık bir görevi onayladı. Uzay ajansı, APL ile ortaklaşa, Titan'ın kalın atmosferinden uçmak için çift rotorlu dev bir quadcopter drone'a benzeyen bir uzay aracı göndermeyi planlıyor. Dragonfly olarak adlandırılan rotorcraft, egzotik kimyanın yaşamın bileşenlerini üretebileceği birkaç bölgeyi inceleyecek.

Titan Dağı

Huygens uzay aracının 14 Ocak 2005'te büyük aya iniş sırasında iniş sırasında gördüğü gibi, Titan'ın turuncu gökyüzünün altında bir buz dağı.(ESA / NASA / JPL / Arizona Üniversitesi)



2026'da fırlatılması ve sekiz yıl sonra Titan'a inmesi planlanan Dragonfly, en yakın geçişi sırasında ayın 900 kilometre yakınında uçan Cassini'den bu yana Titan'ı ziyaret eden ilk uzay aracı olacak. Cassini ayrıca Titan'ın yüzeyini radar ve görünür ve kızılötesi spektrometre ile haritaladı, atmosferik kompozisyonu inceledi ve hatta Avrupa Uzay Ajansı'ndan küçük bir iniş aracı yerleştirdi. Huygens, 2005 yılının Ocak ayında kuru bir göl yatağına benzeyen bir alana iniş yaptı. Sonda, soğuk zeminde yaklaşık 72 dakika hayatta kaldı, su buzu kayalarını gözetledi, atmosferik yoğunluğu ve sıcaklığı ölçtü ve tespit etti. etan, siyanojen, benzen ve büyük miktarlarda metan gibi organik bileşikler.

Titan, Dünya'ya benzer bir hidrolojik döngüye sahip bilinen tek dünyadır - yağmur ve buharlaşma, akan nehirler ve durgun göller - soğuk Titan'daki yüzey sıvısı, benzine benzer şekilde öncelikle metan ve etan olmak üzere hidrokarbonlardan oluşur. Bu hidrokarbon denizlerinin ve su buzu ve egzotik minerallerin kabuğunun altında Titan, küresel bir sıvı su okyanusunu barındırıyor.

Titan, bu kimyaya gezegensel bir çevre, Dünya'ya çok benzeyen bir gezegensel çevre bağlamında gerçekten bakabileceğimiz tek yerdir. Dragonfly misyonunun baş araştırmacısı Turtle, materyaller farklı, ancak süreçler Dünya'dakilere çok benzer, diyor. Organik sentez bu ortamda ne kadar ilerledi?



Dragonfly, ilk iniş alanının etrafındaki kum tepelerini araştıracak. Shangri La , Huygens'in indiği aynı genel bölgede. Mini Cooper boyutundaki uzay aracı daha sonra havalanacak ve bilimin en büyük gizemlerinden biri olan cansız maddeden yaşamın oluşumuna dair ipuçlarını aramak için yeni alanlara ulaşmak için Titan göklerinde uçacak.

**********

Dragonfly görevi için APL'de görev sistemleri mühendisi olan Ken Hibbard, insanların onlarca yıldır Titan'da bir şekilde uçmaktan bahsettiğini söylüyor. Araştırmalar, balonların ve sabit kanatlı uçakların Satürn'ün ayının kalın atmosferinde süzülmesini düşündü, ancak Dragonfly gibi bir rotor taşıtı, bir yerden bir yere atlamak için en çok yönlülüğü sağlıyor.

Dragonfly yedi yıl içinde piyasaya çıktığında, muhtemelen Dünya ve Venüs çevresinde çoklu yerçekimi yardım manevraları Satürn sistemine sapanla atılmadan önce hız oluşturmak. Titan'ın nitrojen bakımından zengin atmosferine girdikten ve bir paraşüt yerleştirdikten sonra, Dragonfly ısı kalkanından ayrılacak ve daha sonra oluktan ayrılacak ve rotorlarını Titan'ın gökyüzünde ilk kez daha yere ulaşmadan ateşleyecek. Döner araç daha sonra, inmek için uygun bir alan için Shangri-La'nın kumlarını otonom olarak araştıracak. Başka bir gezegende uçan ilk araç olmayacak - bu ayrım küçük Mars Helikopteri Her şey plana göre giderse, Mars 2020 gezgini ile fırlatılması planlanıyor - ancak karmaşık bilim ekipmanlarını uçurmak için tasarlanmış büyük bir uzay aracı ilk kez uzaylı gökyüzüne çıkacak.

Yüz milyonlarca mil uzaktaki başka bir gezegensel cismin atmosferinde uçmak, bazı benzersiz zorluklarla birlikte gelir. Bununla birlikte, Hibbard, Titan'ın atmosferinin Dünya'nın yoğunluğunun yaklaşık dört katı olması ve yerçekiminin yalnızca yedide biri kadar güçlü olması nedeniyle Titan'da uçmanın çok daha kolay olduğunu söylüyor.

Yusufçuk El Sanatları

Sanatçının Dragonfly'ın Titan'ın yüzeyinde iş başındaki izlenimi. Dragonfly'ın odaklanmış araç yükü, bilim adamlarının prebiyotik kimya ve astrobiyoloji, meteoroloji, jeofizik ve jeomorfoloji ile ilgili önemli soruları yanıtlamasına yardımcı olacaktır.(Johns Hopkins APL)

İkinci Dünya Savaşı'ndan kurtulanların mektubu jeologu bir sırra yönlendiriyor

Titan'da, bir rotor taşıtı, Dünya'da gerekli olan havada asılı kalma gücünün yalnızca yüzde 2,4'üne ihtiyaç duyar ve aynı miktarda güç, Titan'da kendi gezegenimizden yaklaşık 40 kat daha fazla kütle kaldırabilir.

Hibbard, bu şeyin uçan bir fil gibi davranacağını söylüyor. Atmosferde biraz hantallaşıyor gibi görünecek.

Kalın hava ve düşük yerçekimi, havacılık açısından Titan'da uçmayı nispeten basit bir başarı haline getirse de, Dragonfly'ın uçuş sırasında tamamen kendi başına çalışması gerekecek. Işık hızında seyahat eden Dünya'dan bir sinyalin Titan'a ulaşması, Dünya ve Satürn'ün konumlarına bağlı olarak yaklaşık 70 ila 90 dakika ve Dragonfly'dan bir yanıt için 70 ila 90 dakika sürer. Titan'da rotorcraft üzerinde joystick olmayacak.

Navigasyon için fotoğraf çekebileceğiniz türden optik kameralar kullanıyoruz ve ayrıca gerçek zamanlı olarak tehlike tespiti yapmamızı sağlayan flaş LiDAR [Işık Algılama ve Menzil] kullanıyoruz, diyor uzay aracı sistemi Doug Adams APL for Dragonfly'da mühendis.

Dragonfly belirli bir bölgede bilimsel ölçümlerini yaptıktan ve pilini bir radyoizotop termoelektrik jeneratör (RTG) ile şarj ettikten sonra, araç bir sonraki iniş alanını belirlemek için keşif uçuşları yapacak. Bir uçuş toplamda 24 kilometreye kadar çıkabilir, 8 kilometre yeni bir alana uçabilir, daha sonra 8 kilometre ileriyi keşfe çıkmak için ve sonra 8 kilometre geri karaya uçabilir. Bu daha uzun birdirme uçuşlarının yaklaşık 30 ila 40 dakika sürmesi, yaklaşık 13.000 feet'e tırmanması ve saniyede yaklaşık 10 metre (saatte 22 mil) hızlanması bekleniyor. Ancak ekip, Dragonfly'ın hava yeteneklerini yakındaki bir yere atlamak için de kullanabilir - kayalık bir çıkıntıya daha yakın veya alışılmadık bir özelliğin üzerine. Genel olarak, Dragonfly'ın 2,7 yıllık birincil görevinin sonunda yaklaşık 175 kilometre (108 mil) uçması bekleniyor.

Adams, radyo navigasyonuna dayalı olarak yerde nerede olduğumuza dair bir tahminimiz olacak ve sonra bunu iniş yapan kişiye yol tarifi vermek için kullanacağız - bu yönde bu kadar ileri gitmenizi istiyoruz, diyor Adams. Ancak ona verecek bir haritamız yok, bu yüzden iniş yapan kişinin tüm bu navigasyonu dahili olarak yapması gerekiyor.

Kalkış ve farklı alanlara inme yeteneği, Dragonfly ekibine, bilimsel ilgi alanlarını seçerek ve farklı bölgelerden malzeme örnekleyerek çok fazla esneklik sağlar - önce kum tepelerinde ve sonra Selk krateri adı verilen bir çarpma kraterinin kenarına yakın, sıvı su ve ağır organikler, Dragonfly'ın inceleyebileceği yüzeye kadar itilmiş olabilir.

İlk görevden sonra, Dragonfly bir uzatma alabilirdi ve mevcut tahminler, geminin yüzeyde yaklaşık sekiz yıl çalışabileceğini gösteriyor.

Hibbard, şu anki tahminlerimize göre sınırlayıcı olacak güç değil, ısı olacak. Sonunda Dragonfly'ı öldürecek olan şey, RTG'den kara aracının içindeki termal ortamı sürdürmek için yeterli atık ısı olmayacağı için donarak ölecek olmasıdır.

Dragonfly mühendislik ekibinin hala uzay aracının son tasarımını hazırlaması gerekiyor ve bazı özelliklerin fırlatılmadan önce değişmesi muhtemel. Ancak, bir Satürn yılının yarısından biraz fazla bir süre içinde, Dragonfly, dış güneş sistemindeki bir ayın kalın turuncu bulutları arasında hantallaşacak.

**********

NASA'nın Jet Propulsion Laboratuvarı'nda (JPL) gezegen bilimcisi ve kimyager olan ve Dragonfly bilim ekibinin bir üyesi olan Morgan Cable, Titan'ın bir okyanus dünyası olduğunu söylüyor. İç kısmının derinliklerinde sıvı su var, bu yüzden yüzeyde yapılan organiklerden herhangi biri… o sıvı su okyanusuna çekilirse, orada her türlü harika şey olabilir.

Basit organikler su ile temas ettiğinde, diğer reaksiyonlar amino asitler, nükleik asitler, lipidler ve proteinler gibi büyük ve karmaşık bileşikler oluşturabilir - bilinen tüm yaşam için gerekli maddeler. Hatta bu moleküller şu anda Satürn'ün en büyük uydusunda oluşuyor olabilir.

Cable, hayatın bol olan şeyleri, yaygın olarak bulunan şeyleri kullanma eğiliminde olduğunu söylüyor. Görünen o ki, evrenin bizim köşemizde en bol bulunan bazı elementlerinden -karbon, hidrojen, nitrojen, bu tür şeyler- ve aynı elementlerin hepsi Titan'da bol miktarda bulunduğundan, herhangi bir şey göremiyorum. aynı kimyaya sahip olamamanızın nedeni.

Göller ile Titan Küre

NASA'nın Cassini uzay aracındaki yüksek çözünürlüklü kamera, özel bir spektral filtre kullanarak Satürn'ün uydusu Titan'ın puslu atmosferini görebildi. Bu görüntüyü 7 Ekim 2013'te, kuzey kutbu etrafında kümelenmiş en büyük denizleri ve Titan'ın yüzeyinde bulunan birçok hidrokarbon gölünden bazılarını içeren yakaladı.(NASA / JPL-Caltech / Uzay Bilimleri Enstitüsü)

Titan'daki organik maddelerin çoğu, atmosferin üst kısımlarında, azot, metan ve hidrojen gazlarının güneş ışığı ile etkileşime girdiği turuncumsu bulutların tepelerinde oluşur. Cassini, yüksek bulutlarda meydana gelen reaksiyonları gözlemledi ve bir tür kar gibi yüzeye doğru sürüklenen organikler oluşturdu.

Cable, Titan'ın atmosferinde çok fazla metan ve moleküler nitrojen bulunduğunu söylüyor. Atmosferdeki fotokimya anlayışımıza dayanarak, temel olarak bu elementleri alırsınız … ve onları olası herhangi bir kombinasyonda karıştırırsınız [ve] gerçekten büyük şeylere kadar basit moleküller elde edersiniz - protein boyutunda veya daha büyük.

Ortalama olarak güneşten yaklaşık 900 milyon mil uzakta, güneş ile Dünya arasındaki mesafenin yaklaşık on katı olan Titan'da, bir gün 16 Dünya günü sürer ve Satürn ve uyduları için bir yıl 29 Dünya yılından fazladır ve yedi yıl yaratır. mevsimler.

Turtle, Titan'da işlerin Dünya'da olduğundan çok daha yavaş gerçekleştiğini söylüyor. Burada olduğundan çok daha soğuk, diye ekliyor Cable, ancak bu kimyanın durduğu anlamına gelmiyor, sadece çok yavaşlıyor.

Cassini, Satürn sisteminde geçirdiği 13 yıl boyunca bunların değiştiğini hiç algılamadığı için Titan'daki kum tepeleri bile buzul hızında hareket ediyor. Cable, bunun donmuş kum tepeleri mi yoksa Titan rüzgarlarıyla zamanla hareket edip etmedikleri anlamına mı geldiğini hala net değil, diyor. Ancak jeolojik aktivite gerçekleşiyor ve gökten düşen organik malzeme kayanın içine katlanıyor ve yüzeyin altına gömülüyor, muhtemelen yeraltı sıvı su ile etkileşime giriyor.

Titan Gölü

NASA'nın Cassini uzay aracındaki radar cihazından alınan görüntüler, Satürn'ün uydusu Titan'daki Ligeia Mare adlı büyük hidrokarbon denizinin evrimini gösteriyor.(NASA / JPL-Caltech / Cornell)

1970'lerin sonlarında Titan'ın kimyasını kopyalamak amacıyla Carl Sagan ve diğer bilim adamları, bir laboratuarda karbon içeren bileşiklerden ve ultraviyole radyasyondan malzemeler yarattılar - büyük ayda bulabileceğiniz aynı türden şeyler. sagan tholin terimini icat etti bu malzeme için, Yunanca kelimeden tholos çamurlu veya puslu anlamına gelir ve bilim adamları bugün hala laboratuvarda tholins yaratırlar.

Cable, Titan'da gözlemlediğimiz birçok özelliği simüle eden şeyler yapabildik, ancak hepsini değil, diyor. Ve gerçekten harika olan şey, bu tholinlerden bazılarını burada, laboratuarda yaparsanız ve onları sıvı suda eritirseniz, hemen amino asitler yaparsınız.

Titan, yüzeyde bulunan amino asitlere ve yaşam için diğer temel bileşenlere sahip olabilir mi? Belki de yaşamı destekleyen organikler, büyük bir etkiyle yeraltından fırlatılan veya kriyovolkanizma (buz volkanları) yoluyla yeraltı alemlerinden püskürtülen materyaller arasında bulunabilir.

2034'e gelin, Dragonfly bunu öğrenmek için araştırmasına başlayacak.

**********

Gezegen biliminde son 20 yılın belki de en büyük keşfi, güneş sisteminin suyla dolu olduğudur. Jüpiter'in uydusu Europa, buzlu bir kabuk tabakasının altından akan Dünya'dan daha fazla sıvı suya sahiptir. Satürn'ün uydusu Enceladus'ta ayrıca, zaman zaman on binlerce fit yüksekliğe ulaşan gayzerlerde fışkıran bir yer altı okyanusu vardır. Jüpiter'in büyük uyduları Ganymede ve Callisto ile Neptün'ün gizemli Triton'unun hepsinin yeraltı sıvı okyanuslarını barındırdığı düşünülüyor. Plüton bile bir tür tuzlu suya sahip olabilir ve yakın zamanda Mars'ta bir yeraltı gölü keşfedildi.

Bildiğimiz kadarıyla hayatın suya ihtiyacı var. Aynı zamanda enerji ve kimyaya da ihtiyacı var, diyor Cable, yaşamın moleküler mekanizmasını oluşturmak için bazı şeyler. … Bu üç malzemeyi burada, Dünya'da bir arada bulunduruyorsunuz ve her seferinde hayat buluyorsunuz.

rudolph kırmızı burunlu ren geyiği rankin bas
Titan Haritası

Satürn'ün uydusu Titan'ın bu altı kızılötesi görüntüsü, buzlu ay yüzeyinin şimdiye kadar üretilmiş en net, en kusursuz görünen küresel görünümlerinden bazılarını temsil ediyor. Görüntüler, NASA'nın Cassini uzay aracında bulunan Görsel ve Kızılötesi Haritalama Spektrometresi (VIMS) cihazı tarafından elde edilen 13 yıllık veriler kullanılarak oluşturuldu.(NASA / JPL-Caltech / Nantes Üniversitesi / Arizona Üniversitesi)

Titan'da, yeraltı denizlerinde gizlenen Dünya'da sahip olduğumuz türden bir yaşama sahip olmanız mümkündür, ancak aynı zamanda Satürn'ün ayının, bildiğimiz her şeye tamamen yabancı, benzersiz ve egzotik bir yaşam biçimine ev sahipliği yapıyor olabilir. Belki de metan bazlı bir yaşam formu ya da hayatta kalmak için suya ihtiyaç duymayan bir yaşam var. Titan'da bulunan büyük moleküllerden biri olan hidrojen siyanür, Dünya'da ölümcüldür, ancak Titan'da hücre benzeri zarlar .

Cable, yaşamın oluşumuna dair elimizde yalnızca bir örnek olduğunu, en azından bildiğimiz kadarıyla burada, Dünya'da olduğunu söylüyor. Ve bu, Dünya tarihinde birçok kez olmuş olabilir, bundan hala emin değiliz. Ancak evrenin başka bir yerinde, hatta burada, kendi kozmik arka bahçemizde yaşam potansiyelini sınırlamak zor.

Dragonfly, Titan'da bu tür gizemlerin ipuçlarını ararken, Dünya'daki kimyagerler, uzay aracının bulgularını, organik moleküllerin birçok permütasyonunu daha fazla test ederek, çoğalan hücrelere bu zor sıçramayı arayarak tamamlayacaklar. Belki de Titan gelmeden önce kodu kıracaklar.

Cable, şimdiye kadar hiç kimsenin bir şişede hayat kuramadığını söylüyor. Ama bence birçok bilim insanı nihayetinde hayata yol açabilecek bireysel tepkileri anlamaya çok daha fazla yaklaşıyor.

Dragonfly, uzaylı mikropların kanıtını bulması veya canlı hücreler üreten olaylar zincirini doldurmaya yardımcı olması fark etmeksizin, görevin hem kendi dünyamıza hem de ötesindeki dünyalara yeni bir bakış açısı sağlayacağı kesin. Ne zaman uzak yerleri keşfetsek, tahmin edemeyeceğimiz yeni bilgiler ediniriz. Bilmediğimizi bilmediğimizi öğreniyoruz ve aynı zamanda evrenimizi biraz daha iyi anlamaya başlıyoruz.

Eminim ki, asla tahmin edemeyeceğimiz veya asla beklemeyeceğimiz şeyleri keşfedeceğiz, diyor Cable.





^