Uma exploração científica ao mundo mais misterioso do Sistema Solar
Titan é a maior lua de Saturno. Embora Ganimedes, de Júpiter, seja ligeiramente a maior lua do Sistema Solar (apenas 2% maior), a singularidade de Titan reside na sua atmosfera densa e na sua geologia ativa, que a tornam um mundo à parte, é um mundo gelado cuja superfície é completamente obscurecida por uma atmosfera dourada e nebulosa. Titan é maior que a lua da Terra e maior até que o planeta Mercúrio. Esta lua gigantesca é a única lua no sistema solar com uma atmosfera densa, e é o único mundo realmente conhecido, além da Terra, que possui corpos líquidos estagnados, incluindo rios, lagos e mares, em sua superfície. Assim como a Terra, a atmosfera de Titã é composta principalmente de nitrogênio, além de uma pequena quantidade de metano. É o único outro lugar no sistema solar conhecido por ter um ciclo semelhante ao da Terra, com líquidos chovendo das nuvens, fluindo por sua superfície, enchendo lagos e mares e evaporando de volta para o céu (semelhante ao ciclo da água na Terra). Acredita-se também que Titan tenha um oceano de água subterrâneo.
Potencial para a Vida
O metano na atmosfera de Titan é o que torna possível sua complexa química atmosférica, mas de onde vem todo esse metano é um mistério. Como a luz solar decompõe continuamente o metano na atmosfera de Titan, alguma fonte deve estar repondo-o, ou ele se esgotaria com o tempo. Pesquisadores suspeitam que o metano possa ser expelido para a atmosfera de Titan por criovulcanismo — vulcões liberando água gelada em vez de lava de rocha derretida , mas não têm certeza se esse ou algum outro processo é o responsável. As inúmeras medições da gravidade de Titan realizadas pela sonda Cassini revelaram que a lua esconde um oceano subterrâneo de água líquida (provavelmente misturada com sais e amônia). A sonda Huygens, da Agência Espacial Europeia, também mediu sinais de rádio durante sua descida à superfície, em 2005, que sugeriam fortemente a presença de um oceano de 55 a 80 quilômetros abaixo do solo gelado. A descoberta de um oceano global de água líquida adiciona Titan ao punhado de mundos em nosso sistema solar que poderiam potencialmente conter ambientes habitáveis. Além disso, os rios, lagos e mares de metano e etano líquidos de Titan podem servir como um ambiente habitável na superfície da lua, embora qualquer vida lá provavelmente seja muito diferente da vida na Terra. Assim, Titan poderia potencialmente abrigar ambientes com condições adequadas para a vida, ou seja, tanto a vida como a conhecemos (no oceano subterrâneo) quanto a vida como a não conhecemos (no líquido de hidrocarbonetos na superfície). Embora até o momento não haja evidências de vida em Titan, sua química complexa e ambientes únicos certamente farão dela um destino para exploração contínua.
Tamanho e distância
Titan tem um raio de cerca de 2.575 quilômetros e é quase 50% mais largo que a lua da Terra. Titan está a cerca de 1,2 milhão de quilômetros de Saturno, que por sua vez está a cerca de 1,4 bilhão de quilômetros do Sol, ou cerca de 9,5 unidades astronômicas (UA). Uma UA é a distância da Terra ao Sol. A luz do Sol leva cerca de 80 minutos para chegar a Titan; devido à distância, a luz solar é cerca de 100 vezes mais fraca em Saturno e Titan do que na Terra.
Órbita e Rotação
Titan leva 15 dias e 22 horas para completar uma órbita completa em torno de Saturno. Titan também está sincronizado com Saturno em relação às marés, o que significa que, assim como a Lua da Terra, Titan sempre mostra a mesma face para o planeta enquanto orbita. Saturno leva cerca de 29 anos terrestres para orbitar o Sol (um ano saturniano), e o eixo de rotação de Saturno é inclinado como o da Terra, resultando em estações. Mas o ano mais longo de Saturno produz estações que duram mais de sete anos terrestres cada. Como Titan orbita aproximadamente ao longo do plano equatorial de Saturno, e a inclinação de Titan em relação ao Sol é aproximadamente a mesma que a de Saturno, as estações de Titan seguem o mesmo cronograma que as de Saturno — estações que duram mais de sete anos terrestres e um ano que dura 29 anos terrestres.
Estrutura
A estrutura interna de Titã não é totalmente conhecida, mas um modelo baseado em dados da missão Cassini-Huygens sugere que Titan possui cinco camadas primárias. A camada mais interna é um núcleo de rocha (especificamente, rocha de silicato contendo água) com cerca de 4.000 quilômetros de diâmetro. Ao redor do núcleo, há uma camada de gelo de água — um tipo especial chamado gelo VI, encontrado apenas em pressões extremamente altas. O gelo de alta pressão é cercado por uma camada de água líquida salgada, sobre a qual se encontra uma crosta externa de gelo de água. Essa superfície é revestida por moléculas orgânicas que choveram ou se depositaram da atmosfera na forma de areia e líquidos. A superfície é envolvida por uma atmosfera densa.
Formação
Os cientistas não têm certeza sobre a origem de Titan. No entanto, sua atmosfera fornece uma pista. Vários instrumentos da missão Cassini-Huygens da NASA e da ESA mediram os isótopos nitrogênio-14 e nitrogênio-15 na atmosfera de Titan. Os instrumentos descobriram que a proporção de isótopos de nitrogênio de Titan se assemelha mais à encontrada em cometas da Nuvem de Oort — uma esfera de centenas de bilhões de corpos gelados que se acredita orbitar o Sol a uma distância entre 5.000 e 100.000 unidades astronômicas do Sol. A proporção de nitrogênio atmosférico de Titan sugere que os blocos de construção da lua se formaram no início da história do sistema solar, no mesmo disco frio de gás e poeira que formou o Sol (chamado de nebulosa protosolar), em vez de se formarem no disco mais quente de material do qual Saturno se formou posteriormente (chamado de subnebulosa de Saturno).
Superfície
A superfície de Titan é um dos lugares mais semelhantes à Terra no sistema solar, embora com temperaturas muito mais baixas e com uma química diferente. É tão frio (-179 graus Celsius) que a água congelada desempenha o papel de rocha. Titan também pode ter atividade vulcânica, mas com água líquida, "lava", em vez de rocha derretida. A superfície de Titan é esculpida pelo fluxo de metano e etano, que esculpem canais de rios e enchem grandes lagos com gás natural líquido. Nenhum outro mundo no sistema solar, além da Terra, tem esse tipo de atividade líquida em sua superfície. Vastas regiões de dunas escuras se estendem pela paisagem de Titan, principalmente ao redor das regiões equatoriais. A "areia" nessas dunas é composta por grãos escuros de hidrocarbonetos que se acredita se assemelharem a borra de café. Na aparência, as dunas altas e lineares não são diferentes daquelas vistas no deserto da Namíbia, na África. Titan tem poucas crateras de impacto visíveis, o que significa que sua superfície deve ser relativamente jovem e alguma combinação de processos apaga as evidências de impactos ao longo do tempo. A Terra também é semelhante nesse aspecto; as crateras em nosso planeta são apagadas pelas forças implacáveis do fluxo de líquidos (água, no caso da Terra), do vento e da reciclagem da crosta por meio da tectônica de placas. Essas forças também estão presentes em Titan, em formas modificadas. Em particular, as forças tectônicas — o movimento do solo devido a pressões vindas de baixo — parecem estar em ação na lua gelada, embora os cientistas não vejam evidências de placas como na Terra.
Atmosfera
Nosso sistema solar abriga mais de 150 luas, mas Titan é única por ser a única lua com uma atmosfera espessa. Na superfície de Titan, a pressão atmosférica é cerca de 60% maior do que na Terra — aproximadamente a mesma pressão que uma pessoa sentiria nadando a cerca de 15 metros abaixo da superfície do oceano na Terra. Como Titan é menos massiva que a Terra, sua gravidade não restringe seu envoltório gasoso com tanta força, de modo que a atmosfera se estende a uma altitude 10 vezes maior que a da Terra — quase 600 quilômetros no espaço. A atmosfera de Titan é composta principalmente por nitrogênio (cerca de 95%) e metano (cerca de 5%), com pequenas quantidades de outros compostos ricos em carbono. Na atmosfera de Titã, as moléculas de metano e nitrogênio são separadas pela luz ultravioleta do Sol e por partículas de alta energia aceleradas pelo campo magnético de Saturno. Os fragmentos dessas moléculas se recombinam para formar uma variedade de substâncias químicas orgânicas (substâncias que contêm carbono e hidrogênio), frequentemente incluindo nitrogênio, oxigênio e outros elementos importantes para a vida na Terra. Alguns dos compostos produzidos pela divisão e reciclagem de metano e nitrogênio criam uma espécie de smog — uma névoa espessa e alaranjada que dificulta a visualização da superfície lunar do espaço. (Naves espaciais e telescópios conseguem, no entanto, enxergar através da névoa em certos comprimentos de onda de luz, além daqueles visíveis aos olhos humanos.) Alguns dos compostos pesados e ricos em carbono se depositam na superfície lunar — esses hidrocarbonetos desempenham o papel de "areia" nos vastos campos de dunas de Titan. E o metano se condensa em nuvens que ocasionalmente encharcam a superfície com tempestades de metano.
"GRUPO" DE ROBÓTICA AMBIENTAL
"Avião robótico poderia pesquisar luas alienígenas ou a floresta tropical da Amazônia."
Mark Peplow
Dr. A. Elfes
in memorian
O balão inteligente consegue encontrar seu próprio caminho e se desviar do mau tempo.
© JPL/NASA
Um robô flutuante inteligente pode ajudar a explorar Titan, a lua de Saturno, após testes de voo que comprovam a capacidade de mapear grandes áreas de terra de forma totalmente autônoma. O aerobot é inteligente o suficiente para evitar turbulências perigosas.
"Depois que a sonda Huygens enviou essas imagens impressionantes da superfície de Titã, houve muito interesse em outra missão", diz Alberto Elfes, especialista em robótica do Laboratório de Propulsão a Jato em Pasadena, Califórnia. Ele e seus colegas acreditam que seu aerorobô poderia passar meses navegando pela atmosfera lunar, mapeando a superfície e coletando amostras.
"Veículos aéreos preenchem a lacuna entre orbitadores e robôs terrestres", explica Elfes. Satélites em órbita podem mapear grandes áreas de luas ou planetas, mas identificar pequenas características na superfície é extremamente difícil, especialmente se estiverem obscurecidas por uma atmosfera nublada como a de Titã.
E embora robôs como o Spirit e o Opportunity possam ver muito mais detalhes, eles têm um alcance muito limitado e dependem da supervisão constante dos gerentes de missão em casa.
À medida que a longa missão Cassini entra em seu último ano em Saturno, a NASA está avançando com um estudo tecnológico em estágio inicial para enviar um drone para sua lua Titã.
O novo robô Titan incluirá vários elementos de design para lidar com esse ambiente, acrescentou ele no comunicado . Isso incluiria excelente geração de "sustentação" (a capacidade de planar usando a densa atmosfera de Titã), manobrabilidade e capacidade de suportar a pressão atmosférica de Titã.
Titã é a única lua conhecida do sistema solar com uma atmosfera substancial e um ciclo líquido (incluindo lagos de hidrocarbonetos em sua superfície), o que levou alguns cientistas a compará-la a uma Terra primitiva. Ela também poderia abrigar vida baseada em metano, apesar de suas temperaturas severas (-184°C na superfície) e da falta de água, necessária para as criaturas terrestres.
Titã já viu um pouso . Em 2005, a missão Cassini enviou a sonda Huygens à superfície de Titã. Ela permaneceu operacional por algumas horas, enviando dados sobre a atmosfera e a superfície da lua.
Ao contrário do pouso único da Huygens, um drone em Titã poderia sobrevoar diversos locais. Por estar mais próximo da superfície, ele poderia mapear Titã com mais detalhes do que os voos de maior alcance da Cassini. Isso oferece potencial para estudos em astrobiologia e habitabilidade, disseram representantes da Global.
(..) A equipe testou a inteligência artificial de seu dirigível de 11 metros de comprimento sobre o leito seco de um lago em El Mirage, Califórnia, no ano passado. A aeronave conseguiu explorar áreas a vários quilômetros de distância de seu local de lançamento em menos de uma hora, calculando sua própria rota entre locais de interesse, escolhidos pelos cientistas antes do voo.
O robô corrigia sua trajetória sempre que era desviado do curso e também conseguia avaliar o perigo da turbulência atmosférica detectando a velocidade do vento, alterando sua altitude para alcançar ar mais calmo quando necessário. Elfes apresentou os resultados da equipe em 31 de agosto na conferência Space 2005 em Long Beach, Califórnia.
Atualmente, o aerobot depende do Sistema de Posicionamento Global, ou GPS, para traçar seu curso, mas um explorador Titan não teria esse luxo. Por isso, a equipe treinou o robô para rastrear sua própria posição usando as fotografias que ele tira do solo.
Elfes começou a trabalhar no dirigível autônomo no final da década de 1990, enquanto era diretor do Instituto de Pesquisas Renato Archer em Campinas, Brasil. Ele esperava que a aeronave fosse usada para monitorar a saúde das florestas tropicais do país. Mas, embora pudesse se deslocar de um lugar para outro, essa versão do aerobot ainda precisava de um operador humano para se livrar de problemas.
Como os sinais de rádio levam cerca de 90 minutos para viajar da Terra a Titan e podem ser bloqueados por dias a fio por Saturno, desenvolver uma inteligência artificial melhor era essencial para qualquer missão futura. "É realmente necessário um sistema inteligente o suficiente para detectar perigos e reagir a eles", diz Elfes.
Enquanto sua equipe trabalha no cérebro do aerobot, um projeto semelhante no Laboratório de Propulsão a Jato está desenvolvendo um balão de hélio resistente que poderia ser levado a Titã e inflado na chegada. A nave evitaria o pouso, mas poderia voar baixo o suficiente para lançar sondas ou dispositivos de coleta de amostras no solo.
Neste verão, a equipe do aerobot obteve mais financiamento para desenvolver uma proposta de missão completa, que pode levar a um lançamento em 2012. Elfes diz que o aerobot poderia atuar ativamente em outros planetas com atmosferas substanciais, como Vênus.
Mas naves semelhantes poderão ser usadas na Terra muito antes, acrescenta. Implantadas em grandes altitudes, elas ofereceriam uma alternativa mais barata aos satélites de telecomunicações e poderiam ser particularmente úteis para restabelecer rapidamente as linhas de comunicação em áreas afetadas por desastres.
https://www.nature.com/news/2005/050829/full/news050829-15.html
Titan, a maior lua de Saturno, é um alvo atraente para a exploração aerorobótica, pois possui uma atmosfera de nitrogênio cinco vezes mais densa que a da Terra, que contém uma névoa de compostos fotoquímicos orgânicos, ocultando a superfície lunar da visão de sensores visuais. Um aerorobô seria capaz de penetrar nessa névoa para estudar a misteriosa superfície lunar e procurar moléculas orgânicas complexas. A NASA delineou uma série de conceitos diferentes de missão aerorobótica para Titã, sob o nome geral de Titan Biologic Explorer.
Um conceito, conhecido como missão Titan Aerobot Multisite, envolve um balão de fluido reversível preenchido com argônio que poderia descer de grandes altitudes até a superfície lunar, realizar medições e, em seguida, subir novamente a grandes altitudes para realizar medições e se deslocar para um local diferente. Outro conceito, a missão Titan Aerobot Singlesite, usaria um balão de superpressão que selecionaria um único local, liberaria grande parte do gás e, em seguida, o examinaria detalhadamente.
Uma variação engenhosa desse esquema, o Titan Aerover, combina um aerobot e um rover. Este veículo possui uma estrutura triangular que conecta três balões, cada um com cerca de dois metros de diâmetro. Após entrar na atmosfera de Titã, o aerover flutuaria até encontrar um local interessante e, em seguida, liberaria hélio para descer à superfície. Os três balões serviriam então como flutuadores ou rodas, conforme necessário. O JPL construiu um protótipo simples que se parece com três bolas de praia em uma estrutura tubular.
Independentemente da forma da missão Titan Biologic Explorer, o sistema provavelmente exigiria um módulo gerador termoelétrico de radioisótopos movido a energia atômica. A energia solar não seria possível à distância de Saturno e sob a névoa de Titã, e as baterias não proporcionariam a autonomia adequada para a missão. O aerobot também carregaria um laboratório químico miniaturizado para procurar compostos orgânicos complexos.
Fora do JPL, outros estudos de missão dos conceitos de aerobots do Titan incluíram estudos de dirigíveis pelo MIT e pela NASA Glenn, e um avião Titan proposto pela NASA.
Dr. Alberto Elfes, um engenheiro e professor brasileiro, teve um papel muito relevante em projetos de robótica no Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA, e seu trabalho se conecta diretamente com a exploração de Titan.
Durante seus 10 anos no JPL, o Dr. Elfes se especializou no desenvolvimento de sistemas robóticos autônomos. Ele foi um dos pioneiros no conceito de "Dirigíveis Robóticos" para missões aéreas em outros planetas, e Titan era um dos principais alvos para essa tecnologia. A ideia era usar veículos aéreos não tripulados (VANTs) que pudessem voar pela densa atmosfera de Titan para realizar explorações, uma abordagem que é fundamental para a futura missão Dragonfly.
Em particular, ele foi coautor de um artigo em 2005 sobre "Controle de Voo Autônomo para um Aerobot de Exploração de Titan" (Autonomous Flight Control for a Titan Exploration Aerobot), o que demonstra seu envolvimento direto e pioneiro no planejamento de missões que usam veículos aéreos em Titan. O trabalho dele em robótica móvel, visão computacional e mapeamento autônomo, utilizando a técnica de "Grades de Ocupação", foi essencial para o desenvolvimento de robôs que conseguem navegar e coletar dados em ambientes complexos, como a superfície de Titan.
Em resumo, a contribuição do Dr. Alberto Elfes não foi em uma missão já realizada a Titan, mas sim na criação de um legado tecnológico de ponta que viabiliza a exploração de Titan por meio de robôs voadores, como a missão Dragonfly.
Titan
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