تصویری که چند دهه پیش از اولین فرود ناسا بر روی تیتان گرفته شد، همچنان محققان را در تعجب نگه داشته است. آنچه این تصویر ثبت کرد، دو دهه بحث را برانگیخت و معما را عمیقتر کرد.
اِوِلین هارت
در ژانویهٔ ۲۰۰۵، یک پروب ساخت اروپایی تاریخ پرستارهای را رقمزد هنگامی که از مه ضخیم نارنجیرنگ تیتان، بزرگترین ماه زحل، عبور کرد. این پروب توسط فضاپیمای کاسینی ناسا تحویل داده شد، و لندِر هایگزنز اولین—و تا به امروز تنها—ماموریتی شد که بر روی یک جسم در بخش بیرونی منظومه شمسی فرود آمد.
در میان صدها اندازهگیری و تصویر ثبتشده در طول نزول آن، یک عکس همچنان بهعنوان نقطهٔ کانونی ابهام علمی باقی مانده است. این عکس که تنها ۸ کیلومتر بالای سطح گرفته شده است، کانالهای شاخهدار حکشده در سطح یخی تیتان را نشان میدهد. دو دهه پس از آن، این تصویر همچنان از ارائهٔ توضیح قطعی فرار میکند.
در حالی که سطح به وضوح شواهدی از فرسایش رودخانهای نشان میدهد، پژوهشگران هنوز نتوانستهاند به توافقی دربارهٔ شکلگیری این ویژگیها یا مایع دقیقی که آنها را حک کرده است، برسند. تیتان، در نهایت، بهحدی سرد است که آب نتواند بهصورت مایع جریان پیدا کند. بهجای آن، نظریهٔ غالب به متان مایع اشاره میکند که تقریباً شبیه به آب در زمین رفتار میکند—بارش میشود، در رودخانهها جمع میشود و به دریاچهها تخلیه میگردد.
رودهای متان در جهان بیگانه
سطحی که هایگزنز بر آن فرود آمد—نزدیک به ناحیهٔ استوایی به نام آدری—شبیه به دلتأ خشکشدهٔ یک رودخانه بود. دستگاه تصویربرداری/رادیومتر طیفی نزولی (DISR)، که در یک مطالعهٔ بنیادی Nature توصیف شده بود، شبکهای شاخهدار از کانالها را نشان داد که الگوهای زهکشی زمینی را تداعی میکرد.
این شکلگیریها نشانگر جریان مایع در گذشته یا حتی جریانهای مکرر هستند. اما در تیتان، آب نیست که سطح را شکل میدهد؛ بلکه متان و اتان مایع است. کیت خبری ورود کاسینی و بازنگری رسمی ناسا تأیید کردند که سطح از دانههای یخی تشکیل شده و متان در دمای متوسط بسیار سرد تیتان که –179°C است، بهصورت مایع رفتار میکند.
آزمایشهای آزمایشگاهی و مدلهای جوی این مکانیزم را تأیید میکنند. بر اساس نتایج GCMS، جو تیتان شامل ۹۸٫۴٪ نیتروژن و ۱٫۴٪ متان است که ترکیب اولیهٔ زمین را بهطور نزدیک بازتولید میکند—بهجز گرما و آب مایع.
اگرچه تصویر بهوضوح ویژگیهای ژئومورفولوژیکی مطابقتدار با فرسایش را نشان میدهد، زمانسنجی دقیق، فراوانی و مکانیزمهای مؤثر بر جریانهای متان هنوز ناشناختهاند. آیا این سطح توسط بارش متان فصلی شکل گرفته است؟ توسط سیلابهای باستانی؟ یا شاید توسط یخآتشفشانی که الگوهای رودخانهای را شبیهسازی میکند اما از حرارت داخلی زمینشناسی سرچشمه میگیرد؟
شیمی زمین اولیه، منجمد در زمان
فراتر از مورفیولوژی سطح، شیمی جو تیتان نیز به شباهتهای جذابی با زمین جوان اشاره دارد. همانطور که نتایج کروماتوگراف گاز و طیفسنج جرمی (GCMS) تأیید کرد، متان و مقادیر ردیفی از هیدروکربنهای سنگینتر شناسایی شد ولی هیچ نشانهای از فعالیت زیستی یافت نشد. این فقدان همچنان بحثها را تشدید میکند که آیا تیتان پیشبیولوژیک است — بهعنوان یک جهان بیگانه.
دغدغه سطحی، متشکل از تولینها—ترکیبات آلی پیچیده که توسط نور فرابنفش خورشید با متان واکنش میکند، بهعنوان یک بلوک ساختمانی بالقوه برای حیات در نظر گرفته میشود. آزمایش کلکتور آئروسل پیروالایزر، همانطور که در Nature توضیح داده شده است، نشان داد که این ذرات شامل هستههای غنی از کربن و نیتروژن هستند.
دادههای تحلیل پروفیل باد نشان داد که بادهای تیتان در نزدیکی سطح بهطور غیرمنتظرهای آرام بودند؛ این ویژگی باعث تسهیل انباشت آرام ذرات آلی میشود و شیمی سطح را که ممکن است شباهت به شرایط پیشبیولوژیک اولیهٔ زمین داشته باشد، تقویت میکند.
تمام این موارد نشان میدهد که تیتان یک آزمایشگاه طبیعی برای مطالعه سنتز آلی غیرزنده در شرایطی است که ما نمیتوانیم بر روی زمین بازتولید کنیم—یک آرشیو یخزده از تکامل سیارهای، سرشار از مولکولهای مبتنی بر کربن.
انتقال ۷۲ دقیقهای که علم سیارهشناسی را دگرگون کرد
ماموریت هایگزنز کمی بیش از یک ساعت بر روی سطح ادامه یافت. اما در آن ۷۲ دقیقه، پروب دادههای بیسابقهای را ارائه داد. دادههای سطحی از بستهٔ علوم سطح که در مرور دهسالهٔ ناسا خلاصه شده بود، یک برخورد نرم، یک شیب خفیف، و یک سطح متشکل از سنگریزهای یخی آب در زیرلایهای با قوامی شبیه به شن مرطوب را توصیف کرد.
DISR توالی تصویری در چهار ارتفاع مختلف را ضبط کرد که سپس به یک موزاییک نزولی ترکیب شد. آن چارچوب تکنقطهای حیاتی—که از ۸ کیلومتر بالای سطح گرفته شده است—هماکنون بیشترین بحث را برانگیخته میکند. منظرهای که نشان میدهد کانالهای واضح و الگوهای جریان دارد. اما بدون نظارت بلندمدت یا قابلیت جابهجایی، روشی برای تعیین اینکه آیا این ویژگیها بهتازگی تراشیده شدهاند یا بقایای دورهای پیشین و پویاتر هستند، وجود نداشت.
در واقع، مطالعات راداری بعدی کاسینی دریاچههای عظیم متان مانند Ontario Lacus و Kraken Mare را در نزدیکی قطبهای تیتان آشکار کردند. اما موقعیت استوایی هایگزنز هیچگونه بدنهٔ بزرگ در اطراف نشان نداد که تفسیر تصویر را پیچیدهتر کرد. آیا فرسایشی باستانی بود؟ آیا تصویر یک بارش نادر استوایی را به تصویر کشیده بود؟ علم همچنان بیپاسخ مانده است.
دراغنفلاي: آزمایشگاه پروازی برای جهانی که همچنان ناشناخته است
ماموریت پیشروِ ناسا دراغنفلاي—که برای پرتاب در سال ۲۰۲۸ و ورود در اواسط دههٔ ۲۰۳۰ برنامهریزی شده است—یک تغییر در استراتژی را نشان میدهد. بهجای یک فرستندهٔ ثابت، دراغنفلاي یک فرستندهٔ پرهدار خواهد بود که با پرش بین دهها نقطه در میدانیهای شنهای استوایی ماه، میتواند بر سطح تیتان حرکت کند.
دراغنفلاي ابزارهای پیشرفتهای برای تجزیه و تحلیل شیمی سطح تیتان بهدست خواهد آورد، بهویژه برای یافتن نشانههای ترکیبات آلی پیچیده و پیشسازهای ممکن متابولیسم. اهداف علمی این ماموریت، همانطور که در صفحهٔ ماموریت دراغنفلاي در وبسایت NASA Science آمده است، شامل بررسی مسیرهای شیمیایی است که میتوانند به حیات منجر شوند — نه تنها در تیتان، بلکه در سراسر کهکشان.
موقعیت هدف، Shangri‑La، از دشتهای شنی هیدروکربنی غنی است و دسترسی به زمینهای باستانی که گمان میرود برخی از قدیمیترین مواد سطحی تیتان را حفظ کردهاند، فراهم میکند. در مقایسه با برخورد کوتاهمدت هایگزنز، انتظار میرود دراغنفلاي برای سالها بهکار گرفته شود و یک تصویر ۹۰ دقیقهای را به یک مطالعه میدانی مقیاسسیارهای تبدیل کند.