Huszonöt évvel ezelőtt, 1997-ben indult el küldetésére a floridai Cape Canaveral űrrepülőtérről a Cassini-Huygens űrszonda, hogy hétévi utazás és 3,5 milliárd kilométer megtétele után szemügyre vegye a Naprendszer hatodik (és második legnagyobb) bolygóját, a Szaturnuszt, a szonda leszállóegysége pedig landoljon az óriásbolygó legnagyobb legnagyobb holdja, a Titán felszínén.
Az űrkutatás történetének egyik legnagyobb szabású, 3,26 milliárd dollár költségvetésű programja a NASA irányításával, az Európai Űrügynökség (ESA) és az Olasz Űrügynökség (ASI) együttműködésében zajlott. Az egy évtizedes előkészítő munkában 27 ország, köztük Magyarország szakértői, tudósai vettek részt, a Huygens műszerei közül a fedélzeti magnetométert (MAG), a plazma spektrométer (CAPS) földi ellenőrző berendezéseit és a kalibráló rendszereket az MTA Részecske- és Magfizikai Kutatóintézetében (a mai Wigner Fizikai Kutatóközpont Részecske- és Magfizikai Intézetében) tervezték.
A kitűzött tudományos cél a gyűrűk háromdimenziós szerkezetének és dinamikus viselkedésének, a holdak felszíni összetételének és geológiai múltjának meghatározása, a magnetoszféra viselkedésének és háromdimenziós szerkezetének mérése, a Szaturnusz légkörének vizsgálata volt.
Az 5712 kilogrammos Cassini 366 kilogramm tömegű tudományos műszert, valamint a 320 kilogrammos Huygenst vitte magával.
A szonda Giovanni Domenico Cassini olasz–francia, a Titánra leszálló egység Christiaan Huygens holland csillagászról kapta a nevét. Előbbi fedezte fel a 17. században a legnagyobb rést a Szaturnusz gyűrűjében (Cassini-rés), utóbbi a Titán hold felfedezése mellett 1659-ben elsőként jött rá, hogy a Galilei által mellékbolygóknak hitt alakzatok valójában a bolygó gyűrűi.
A Cassini hat év és 261 nap alatt „kerülő úton”, úgynevezett hintamanőverekkel, a Vénusz, a Föld–Hold páros és a Jupiter gravitációs lendítését kihasználva jutott el a Szaturnuszhoz. Az űrszonda 2004. július 1-jén állt pályára, vizsgálni és fotózni kezdte a 120 600 kilométeres átmérőjű égitestet (összehasonlításul: a Föld átmérője 12 756 kilométer).
A küldetés második szakasza 2004. december 25-én a Huygens leszállóegység leválásával kezdődött, amely 2005. január 14-én a Földtől legtávolabbi landolást hajtotta végre, ejtőernyővel ereszkedett le a Titán addig teljesen ismeretlen felszínére. (A Titán az egyetlen olyan hold a Naprendszerben, amely még a földiénél is sűrűbb légkörrel veszi körül magát, ráadásul atmoszférája nitrogénban dús, felszínén az átlaghőmérséklet mínusz 180 Celsius fok.)
Az űrszonda a Titánon a földihez hasonló felszíni képződményeket talált: folyómedreket, erózió pusztításának nyomait, habár ott víz helyett metántartalmú csapadék esik, folyókat, tavakat és tengereket is létrehozva. Fontos észlelése volt az élet lehetőségének felfedezése a Szaturnusz rendszerében.
A rendkívüli jelentőségű tudományos adatok mellett arra is fény derült, hogy a Szaturnusz felett is kék az ég, noha földi teleszkópokkal figyelve sárgának látszott. A Cassini a bolygó újabb holdjait fedezte fel, több mellett soha nem tapasztalt közelségben suhant el, az Enceladuson például folyékony vizet talált, amiből arra következtettek, hogy a felszín alatt nagy kiterjedésű vízóceán lehet. A szonda tudósított az első Földön kívüli ciklonról (vagy ahhoz hasonló jelenségről), és megfejtette a Iapetus hold kétarcúságának titkát. Ez ugyanis egy világos és egy jóval sötétebb félgömbből áll, mert a pályája mentén elszórtan elhelyezkedő, rossz fényvisszaverő port besöpri, ami az egyik féltekéjén gyűlik össze.
A Cassini misszóját négy évre tervezték, de kiemelkedő értékű „tudományos szolgálatai” miatt kétszer is meghosszabbították. Ezután évekig viszonylag nagy távolságból, a gyűrűrendszeren kívülről végezte a megfigyeléseket, majd „közelképeket” készített a gyűrűkről. Küldetésének utolsó szakasza 2016 decemberében kezdődött, amikor pályát változtatva „lebukott” a legbelső gyűrű valamint a Szaturnusz légköre közötti igen keskeny résbe. (A Szaturnusz gyűrűi 6630 és 120 700 kilométer magasságban találhatók a bolygó egyenlítője fölött. Vastagságuk mintegy 10 méter, helyenként azonban négy kilométeres magasságot elérő „hullámok” találhatók bennük.) A Cassini minden hetedik napon „bukott alá” az ismeretlen térségben, hogy megfigyelje a miniholdakat, mintát vegyen a gyűrűk részecskéiből és gázaiból, felmérje a Szaturnusz gravitációs terét, mágneses mezejét, emellett nagyfelbontású képeket is készített.
A tervezett küldetési idejét messze túlszárnyaló Cassini 2017-ben kifogyott az üzemanyagból, szeptember 15-én az óriásbolygó légterébe irányították, ahonnan megsemmisülése utolsó pillanatáig küldte az adatokat. A manőverrel kizárták, hogy egy későbbi, ellenőrizetlen lezuhanással a Szaturnusz valamelyik holdján, például a Földön kívüli élet szempontjából érdekes Enceladuson landolva földi mikroorganizmusokkal szennyezze az égitestet.
Működése alatt az űrszonda összesen 7,9 milliárd km-t tett meg, 2,5 millió parancsot, 294 keringést és 162 célzott közelrepülést hajtott végre, hat holdat fedezett fel (az eredetileg neki tulajdonított hetedikről később kiderült, hogy a Voyager 2 már lefotózta), 635 gigabájtnyi adatot gyűjtött, több mint 453 ezer képet küldött a Földre, a még kiértékelés alatt álló adattömeg eddig közel 4000 tudományos publikáció alapjául szolgált.
A misszió utolsó szakaszából származó adatokon alapul az a 2022 őszén megjelent, a korábbi elméleteket megcáfoló tanulmány is, amely szerint a Szaturnusz gravitációja miatt szétszakított hold maradványai alkothatják az eredetileg gyűrűk nélküli bolygó látványos gyűrűrendszerét.
Teams at @NASAKennedy have assessed impacts from Hurricane Ian & determined there was no damage to #Artemis I flight hardware. @NASA will focus on the Nov. 12-27 launch period to give employees time for post-storm recovery & identify checkouts for launch https://t.co/bjDiRgnOvtpic.twitter.com/7nK2tKVDOR
Orion's Optical Navigation Camera captured these stunning views of the lunar surface during our flyby on #Artemis flight day 20. pic.twitter.com/mfTL5ZSPSp
The imagery we continue to get out of @NASA_Orion's onboard cameras is outstanding. Downlinked the lunar fly-by photos yesterday, and they are incredible - a few of my favorites below. Visit https://t.co/ZrjE1SVAWC to see the rest. pic.twitter.com/5KXDF3PsLq
Splashdown!#Crew5 is back on Earth, completing a science mission of nearly six months on the @Space_Station. Their @SpaceX Dragon Endurance spacecraft touched down at 9:02pm ET (0202 UTC March 12) near Tampa off the coast of Florida. pic.twitter.com/nLMC0hbKY4
We've been tracking a new asteroid named 2023 DW that has a very small chance of impacting Earth in 2046. Often when new objects are first discovered, it takes several weeks of data to reduce the uncertainties and adequately predict their orbits years into the future. (1/2) pic.twitter.com/SaLC0AUSdP
— NASA Asteroid Watch (@AsteroidWatch) March 7, 2023
A NASA pár éve döntött arról, hogy 2027-ben fogja elindítani Dragonfly nevű különleges eszközét, egyfajta helikopterét a Szaturnusz holdjához, a Titánhoz. A cél az, hogy a repülni képes eszköz a levegőből fedezze fel az égitestet és felszínét, ami a kutatók szerint egy rendkívül érdekes helyszín: sokfelé dűnéket látni, néha pedig folyékony metán hullik az égből – írta erről a Space.com.
A küldetéshez kapcsolódó tervhez a Cassini űrszonda által gyűjtött adatokat használták a NASA emberei. Ezekből sikerült aztán meghatározni azt is, hogy a Dragonfly a Shangri-La nevű mezőn fog leszállni, közel a 80 kilométer széles kráterhez, a Selkhez. Erről a régióról a Cassini űrszonda 2004-ben gyűjtött adatokat.
A Cornell Egyetem bolygókutatója, Léa Bonnefoy vezetésével egy tudóscsoport most újból megvizsgálta ezeket az információkat, hogy értékelést készítsenek a Dragonfly javasolt leszállóhelyéről. Bonnefoy ezek alapján úgy nyilatkozott, hogy az eszköz „egy tudományos szempontból figyelemre méltó területen” fog leszállni.
A kutató szerint a misszió azért is érdekes, mert a Cassini által hazaküldött képek nem túl jó minőségűek. Ezért az sem kizárt, hogy a területen sok kis „folyó” is van. Ezekben azonban nincs folyékony víz, mivel az itteni hőmérséklet rendkívül alacsony, mínusz 179 Celsius-fok is lehet.
Ha a Dragonfly 2027-ben valóban útnak indul, az első új adatok beérkezéséig sokat kell várni. Ennek oka, hogy a műszer – ami az erre fejlesztett kapszulában éri majd el a holdat – 2023-ben érkezhet meg a Titánhoz.
Teams at @NASAKennedy have assessed impacts from Hurricane Ian & determined there was no damage to #Artemis I flight hardware. @NASA will focus on the Nov. 12-27 launch period to give employees time for post-storm recovery & identify checkouts for launch https://t.co/bjDiRgnOvtpic.twitter.com/7nK2tKVDOR
Orion's Optical Navigation Camera captured these stunning views of the lunar surface during our flyby on #Artemis flight day 20. pic.twitter.com/mfTL5ZSPSp
The imagery we continue to get out of @NASA_Orion's onboard cameras is outstanding. Downlinked the lunar fly-by photos yesterday, and they are incredible - a few of my favorites below. Visit https://t.co/ZrjE1SVAWC to see the rest. pic.twitter.com/5KXDF3PsLq
We've been tracking a new asteroid named 2023 DW that has a very small chance of impacting Earth in 2046. Often when new objects are first discovered, it takes several weeks of data to reduce the uncertainties and adequately predict their orbits years into the future. (1/2) pic.twitter.com/SaLC0AUSdP
— NASA Asteroid Watch (@AsteroidWatch) March 7, 2023
Splashdown!#Crew5 is back on Earth, completing a science mission of nearly six months on the @Space_Station. Their @SpaceX Dragon Endurance spacecraft touched down at 9:02pm ET (0202 UTC March 12) near Tampa off the coast of Florida. pic.twitter.com/nLMC0hbKY4
Nagy mennyiségű metánt észlelt a Cassini–Huygens űrszonda a Szaturnusz holdja, az Enceladus jégpáncélja alól feltörő gejzírekben. A kutatók szerint nem valószínű, hogy kizárólag geológiai folyamatok állnának a háttérben, ami felveti az élet jelenlétének lehetőségét az égitesten.
Az Enceladus vízgejzírjei már régóta izgatják a tudósok és a laikusok fantáziáját; a kilövellések egy kiterjedt, globális óceán létezését bizonyítják, amely a hold kőzetmagja és a felszíni jégpáncél között helyezkedik el. A gejzíreken korábban átrepült a Cassini–Huygens űrszonda is, és ott mintákat gyűjtött.
A kémiai elemzések során az eszköz molekuláris hidrogént, szén-dioxidot és metánt azonosított, amik arra utalnak, hogy az égitest mélyén a földi óceánokban lévő hidrotermális kürtőkhöz hasonló képződmények működhetnek.
Különösen a gejzírekben észlelt metán szokatlanul nagy mennyisége szúrt szemet a szakértőknek.
„Azt akartuk megtudni, hogy földihez hasonló, hidrogénnel táplálkozó, és ennek nyomán metánt előállító mikrobák magyarázhatják-e a Cassini eredményeit” – írta a kiadott közleményben Régis Ferrière, az Arizonai Egyetem Ökológiai és Evolúcióbiológiai Részlegének munkatársa, a Nature Astronomy folyóiratban megjelent publikáció egyik vezető szerzője. Hozzátette: ha csakugyan léteznek metanogén mikroorganizmusok az Enceladuson, azokat csak egy, a jégpáncél alatti óceánba merülő tengeralattjáró tudná megtalálni. Ilyen jellegű küldetésre azonban még nem volt példa az űrkutatás történetében.
Ferrière és kollégái ezért más módszerrel igyekeznek megtalálni a Földön kívüli metán forrását: egy olyan újfajta matematikai modellt alkottak, ami a geokémia és a mikrobiális ökológia területét kombinálva analizálja a Cassini adatait, így próbálja megmondani, élő vagy élettelen folyamatok hozhatják létre a gázt a holdon.
Az eredmények alapján nagyon is könnyen elképzelhető, hogy a folyamat hidrotermális kürtőnél élő mikroorganizmusokhoz köthető, igaz, az abiotikus (élettelen) tényező sincs teljes egészében kizárva – utóbbi azonban teljesen eltérne azoktól a geológiai folyamatoktól, amiket itt a Földön tapasztalunk.
Mit olvastak ki a kutatók a Cassini adataiból?
Bolygónkon hidrotermális aktivitás akkor figyelhető meg, amikor a felszín közelébe kerülő magma felforrósítja az óceánfenéki hasadékokba, repedésekbe beszivárgó hideg tengervizet, és az gejzírként tör elő a üregekből. Földünkön hidrotermális aktivitás folyamán keletkezhet ugyan metán, de a folyamat csak nagyon lassan megy végbe.
A metántermelés nagyját a mikroorganizmusok végzik, amik a hidrotermálisan keletkező hidrogént hasznosítják energiaforrásként, és metanogenezis során, szén-dioxidot felhasználva metánt állítanak elő.
A kutatók a szimuláció segítségével elsősorban azt nézték, keletkezik-e hidrotermálisan annyi hidrogén, hogy az egy nagyobb mikrobaközösséget ellásson, illetve rendelkezésre áll-e olyan környezet, amiben az élőlények jól érzik magukat. Azt is vizsgálták, milyen hatással lehetnek az esetleges idegen organizmusok környezetükre – vagyis hogyan befolyásolják az elszökő molekuláris hidrogén és metán szintjét a gejzírekben.
„Összefoglalva: nemcsak azt tudtuk értékelni, hogy a Cassini megfigyelései összeegyeztethetők-e az élet számára élhető környezettel, de kvantitatív (mennyiségi) előrejelzéseket is tudtunk tenni, mi várható akkor, ha metanogenezis zajlik az Enceladus óceánjának alján” – magyarázta Ferrière.
Nagy a valószínűsége, hogy élőlények is lehetnek a holdon
Az eredmények arra engednek következtetni, hogy az abiotikus folyamatok önmagukban nem magyarázzák a gejzírekben kimutatott metánszintet.
Ha viszont a biológiai metanogenezist hozzáadjuk a képlethez, akkor szinte pontosan akkora mennyiségű metánt kapunk, amennyit a Cassini is észlelt.
„Nyilvánvalóan nem arra a következtetésre jutottunk, hogy élet van az Enceladus óceánjában, inkább azt akartuk megtudni, a hold hidrotermális kürtői lakhatóak-e földihez hasonló mikroorganizmusok számára. A Cassini adatai és modelljeink szerint pedig a helyzet az, hogy nagyon is” – mondta Ferrière.
A szerzők remélik, hogy tanulmányuk útmutatást kínál a Cassini adatainak további értelmezéséhez.
A Szaturnusz holdjának, a Titánnak a légkörében ciklopropenilidént találtak. Ez egy annyira ritka molekula, hogy egyetlen másik égitest atmoszférájában sem találtak még belőle, reakciókészsége miatt a Földön is csak laboratóriumi körülmények között hozható létre. Építőköve lehet azoknak a szerves vegyületeknek, amik nélkülözhetetlenek az élet megjelenéséhez.
Illusztráció a Titán felszínéről (Forrás: NASA)
A NASA kutatói az ALMA (Atacamai Nagyméretű Milliméteres/Szubmilliméteres Hálózat) távcsőrendszer segítségével tették a váratlan felfedezést.
Nem véletlenül lepte meg a szakértőket az eredmény, égitestek légkörében még soha nem azonosították ezt a molekulát, csupán a világűr gáz- és porfelhőiben észlelték mostanáig.
A NASA Goddard Űrközpontjának munkatársa, Melissa Trainer szerint a Titán nagyon hasonlít az ősi Földre abból a szempontból, hogy hasonló kémiai folyamatok játszódnak le rajta.
A ciklopropenilidénhez hasonló molekulák a DNS és RNS részeiként ismert nukleobázisok felépítésében is részt vesznek, de természetesen ez még nem jelenti azt, hogy a Titánon élet van. A NASA mindenesetre alaposabban vizsgálná a Szaturnusz égi kísérőjét, ezért 2027-ben robotot juttatna a felszínére.
A Dragonfly (Szitakötő) nevű eszköz a mikrobiális élet lehetséges nyomai után fog kutatni.
Rear Admiral Mauger says it's too early to tell when the "catastrophic implosion" took place that is believed to have killed all on board the Titan sub
He says sonar buoys used in subsequent search process didn't detect any "catastrophic events"
