Жизнь при −180°: робот-квадрокоптер будет искать биомаркеры на спутнике Сатурна Титане

Проект NASA Dragonfly предполагает посадку в 2030-х годах на спутник Сатурна Титан зонда в виде автономного летательного аппарата, который будет изучать его поверхность, а также искать биомаркеры и следы пребиотических химических процессов в породах и атмосфере спутника. Команда разработчиков опубликовала статью с описанием основных научных задач проекта.

Место посадки зонда «Гюйгенс» (HLS) и предполагаемый район для Dragonfly. J.W.Barnes et al., Planet. Sci. J. 2 130 (2021).

Dragonfly был выбран в 2019 году из двенадцати предложений четвёртого этапа программы исследования космоса NASA «New Frontiers». Спускаемый зонд будет выполнен в виде винтокрылого летательного аппарата — квадрокоптера с четырьмя сдвоенными винтами (то есть октокоптера), способного перемещаться в плотной атмосфере Титана на большие расстояния. Диаметр винтов аппарата около 1 метра, а предполагаемая масса всего зонда — 450 килограммов. Место посадки — тёмная область на экваторе Титана под названием Шангри-Ла — вероятно, обширная равнина, в прошлом заполненная жидкостью. Предполагается, что квадрокоптер будет совершать полёты на расстояния порядка десяти километров. Источником энергии для батарей будет радиоизотопный термоэлектрический генератор (MMRTG), который уже используется на марсоходах Curiosity и Perseverance. Запуск космического корабля запланирован на 2027 год, и к 2034 году он может достичь орбиты Титана. В июле 2021 года в The Planetary Science Journal вышла статья, в которой команда Dragonfly описывает основные научные цели этого проекта.

Титан выделяется среди остальных спутников в Солнечной системе: у него есть плотная атмосфера из азота и жидкость на поверхности в устойчивом состоянии (жидкий метан). Кроме того, циркуляция газовой и жидкой среды обеспечивает на Титане полноценный гидрологический цикл, как водный цикл на Земле. В силу этого на его поверхности должны быть активны экзогенные геологические процессы, влияющие на формирование ландшафта. Недавно по результатам орбитальной съёмки с аппарата «Кассини» была построена обзорная геоморфологическая карта Титана (об этом у нас есть отдельная статья). Температура на Титане около −180 °C, но такая богатая геология по сравнению с другими телами Солнечной системы, кроме Земли, сделала его любопытным объектом и для астробиологов. Вряд ли там ожидают найти живых существ, плавающих в метановом океане, но Dragonfly, как и марсоход Perseverance, планирует искать признаки пребиотических химических процессов.

Титан — второй после Луны спутник планеты, на котором работал спускаемый аппарат. В 2005 году зонд «Гюйгенс» космической станции «Кассини» опустился на поверхность Титана и успел передать снимки, сделанные во время полёта и сразу после приземления. В то время ещё не было известно, что представляет собой поверхность — не исключали, что это может быть и океан из метана и этана, поэтому посадка зонда планировалась с учётом его возможного плавания в океане. Основной научной задачей «Гюйгенса» всё равно было исследование атмосферы в полёте. Но зонд сел на твёрдую поверхность (место его посадки — регион Ксанаду южнее экватора — выделяется высоким альбедо: на радарных картах оно выглядит как светлое пятно в отличие от тёмного региона Шангри-Ла). В качестве бонуса он сделал единственный снимок ближайших камней — вероятно, это булыжники из замёрзшего метана или водяного льда. Место посадки Dragonfly планируется в 800 километрах к северо-западу от «Гюйгенса».

Проект Dragonfly.

По лётным условиям Титан — более благоприятное место по сравнению с Марсом. Плотность атмосферы вблизи поверхности в четыре раза больше, чем на Земле, а сила тяжести составляет 15% земной, поэтому ожидается, что для удержания дрона в воздухе потребуется примерно в 40 раз меньше энергии, чем для полёта аналогичного аппарата на Земле. Кроме того, из того, что пока известно, сила ветра на Титане значительно слабее земной. Аппарат будет работать на одном месте в течение одних титановских суток, или 16 земных: полёты будут в «дневное» время, когда место посадки обращено к Солнцу, а ночью аппарат будет находиться на поверхности и проводить другие исследования — предполагается, что ими станут изучение состава собранных пород при помощи масс-спектрографа и сейсмические работы. На следующий «день» Dragonfly перелетит в другую локацию. Расчётная скорость составляет до 36 км/час, а высота подъёма — до 4 километров. Вместе с заявленной дальностью до 8 километров за один перелёт это выглядит внушительнее, чем параметры марсианского вертолёта Ingenuity (дальность испытательных полётов измеряется сотнями метров, а высота подъёма — порядка десяти метров). Dragonfly должен будет проработать на поверхности Титана два с половиной года.

Атмосфера Титана.

Цели Dragonfly включают поиски химических биосигнатур, изучение активного гидрологического цикла метана и пребиотических химических процессов в атмосфере и на поверхности. Исследование «потенциальной обитаемости» будет вестись по двум направлениям — на Титане теоретически для инициирования необходимых химических реакций могли быть задействованы два растворителя, то есть собственно жидкий метан и обычная вода. Во втором случае это могут быть более знакомые формы жизни, которые могли бы возникнуть, например, при содействии источников тепла от мантии, криовулканов и пр. Вода или жидкий аммиак на Титане могут также сохраняться под поверхностью. Вариант с «жизнью» в жидких углеводородах более экзотичен, но в принципе рассматривается и он, тем более что на Титане есть открытые углеводородные «водоёмы» как на Земле — озёра, моря, и вероятно, подземные горизонты. Этим обусловлен выбор места посадки посреди дюн с органическими отложениями и водяным льдом. Вертолёт должен в конечном итоге долететь до 80-километрового ударного кратера Селк, в котором в прошлом, возможно, была жидкая вода, перемешанная с органикой.

Кроме поисков возможной жизни, исследование пребиотических химических процессов на Титане имеет значение и для земной геологии. В атмосфере Титана обнаружено множество органических соединений, которые ранее образовывались на Земле. Поэтому атмосфера и поверхность Титана могут быть указателем, по которому можно изучить процессы на ранней Земле.

Обзорная карта Титана по данным съёмки спектрографов VIMS и ISS аппарата «Кассини».