Cassini-Huygens é uma missão conjunta da Nasa e da ESA, agências espaciais respectivamente norte-americana e européia, destinada ao estudo de Saturno e Titã, com um veículo espacial interplanetário, constituído de um orbitador norte-americano – Cassini – e da primeira sonda interplanetária européia -Huygens.
Trata-se, na realidade, de uma seqüência ambiciosa do programa Voyager. Seu primeiro objetivo pode parecer simples, pois consiste, de início, em alcançar o planeta dos anéis e, em seguida, explorá-lo durante quatro anos. Na verdade, a sua complexidade está na segunda etapa: a introdução da sonda Huygens na atmosfera de Titã. O interesse em estudar a atmosfera deste satélite se justifica por sua enorme semelhança com a Terra primitiva, assim como pela constituição e extensão de sua atmosfera. Realmente, a exploração do satélite Titã será muito importante, pois a Voyager 1, ao sobrevoá-lo, em 1981, revelou a presença de moléculas complexas, muito análogas às que serviram para formar o ADN, suporte biológico básico da vida.
O veículo interplanetário Cassini-Huygens, do tipo Mariner MK2, de 1.730 kg, foi lançado em 15 de outubro de 1997, de Cabo Canaveral, por um foguete Titã IV-B, dotado de um estágio superior Centauro. A sonda Huygens, de 350 kg, dos quais 50 kg de instrumentos, e um diâmetro de cerca de 3 metros foi construída pela Aerospatiale.
Sonda Cassini
A sonda Cassini foi lançada a uma velocidade de 12 km/s, para escapar à atração terrestre, em direção ao planeta Vênus, sobrevoando-o em 27 de abril de 1998. Nesse momento, Cassini sofreu sua primeira ajuda gravitacional, quando foi expelida para uma órbita ainda mais energética. Em 3 de dezembro de 1998, uma manobra voltou a direcioná-la ao planeta Vênus. Em 24 de junho de 1999, a sonda sobrevoou com a velocidade de 14 km/s (50.400 km/h). Essa segunda aproximação a Vênus foi usada também como uma ajuda gravitacional. Em 18 de agosto de 1999, a sonda sobrevoou a Terra antes de alcançar o planeta Júpiter em 30 de dezembro do ano 2000, quando foi realimentada de energia, desta vez de origem jupiteriana, com o objetivo de alcançar Saturno. Em 1 de julho de 2004, após uma viagem de sete anos, Cassini atingiu um de seus objetivos.
Sonda Cassini-Huygens
Durante a sua órbita saturniana, em 25 de dezembro de 2004, a sonda Cassini lançou o módulo Huygens – um pequeno “disco voador” de 350 kg -, que penetrou na atmosfera de Titã, sexta-feira passada, com a velocidade de 6 km/s. Um escudo antitérmico protegeu a sonda do pico do aquecimento que ocorreu na atmosfera de Saturno, entre 350 quilômetros e 220 quilômetros, onde Huygens sofreu uma desaceleração de cerca de 6 quilômetros por segundo a 400 metros por segundo em menos de dois minutos. Neste momento, um primeiro pára-quedas se abriu e o escudo foi liberado. Logo que o módulo atingiu sua estabilidade, um grande pára-quedas se abriu e as sondagens tiveram início a uma altura de 170 km do solo. Durante as três horas que durou a descida, seis instrumentos registraram a temperatura, a pressão, a natureza dos gases, a possível presença de moléculas orgânicas e a velocidade do vento. Os dados assim obtidos foram imediatamente enviados à sonda Cassini, que os reexpediu em direção à Terra. Ao contrário da sonda Galileo, Cassini vai dispor de uma antena parabólica principal fixa desde a partida; o que elimina antecipadamente todo o risco de bloqueio da antena no momento de sua abertura, como ocorreu com a sonda destinada a Júpiter.
Ao atingir uma altitude de 1.270 km, a sonda precipitou-se em direção à superfície, numa velocidade de 20 Mach. O escudo térmico de silício, fabricado pela Aerospatiale Aquitaine, além de permitir uma desaceleração, foi capaz de proteger a sonda do calor (quase 2000 graus Celsius) produzido pelo seu atrito com as altas camadas da atmosfera de Saturno. Em menos de 5 minutos, ao acentuar sua descida, a velocidade da sonda caiu de 6000m/s a 300m/s. Na atmosfera de Titã, os ventos de 140m/s fizeram balançar um pouco a sonda durante sua descida. A uma altitude de 190 a 170 km, com uma velocidade de 1,5 Mach, três pára-quedas entrarão em ação. O primeiro – menor de todos – arrancou o capot traseiro e puxou os oito metros de diâmetro do segundo, confeccionado com um tecido especial feito para resistir à velocidade supersônica. A sonda Huygens, freada, passou da velocidade de 300m/s para 100m/s, quando o escudo térmico de forma cônica foram ejetado sobre o choque da abertura. A missão do pára-quedas principal foi a de reduzir a velocidade da descida, sem afetar os instrumentos. O terceiro e último pára-quedas controlou a velocidade de aterrissagem. Após o início da largada, de 10 a 30 segundos depois, entrou em ação a bateria de instrumentos: câmara de vídeo, espectrômetros, as sondas hidrométrica e eletrostática, bem com os piroanalisadores (instrumentos de análise dos gases), à velocidade de 5 a 6 m/s. A sonda Huygens continuou a análise da atmosfera até titanissar, ou melhor amerissar num lago de nitrogênio, ou aterrissar sobre um dos seus icebergs de metano.
À medida que a Huygens penetrar mais profundamente nas nuvens de Titã, o seu imageador infravermelho tomou registros da superfície que foram transformados em imagens visíveis. Um pequeno radar mediu permanentemente a altitude da sonda. Finalmente, no momento da aterrissagem, os captadores mediram a solidez e a constituição do solo. Se o módulo pousar em um oceano de metano, ela flutuará. Após o impacto, a sonda poderá ainda emitir sinais durante uma meia hora, com a condição que a sua antena permaneça bem orientada. Nessas condições, a Huygens deverá nos enviar uma única fotografia tomada alguns instantes antes do impacto por intermédio de um flash que funcionará automaticamente.
Esperava-se que a missão exploradora na superfície de Titã durasse cerca de três minutos, pois o Orbitador Cassini logo em seguida desapareceu no horizonte e só voltará algumas semanas mais tarde, quando tudo estiver congelado a bordo da sonda Huygens. Depois que tiver se separado do Orbitador, as únicas fontes de energia do Huygens serão suas baterias (1800 watts/hora). Estima-se que sua duração máxima seja de 153 minutos, o que corresponde à descida de duas horas e trinta minutos. Pode parecer pouco, mas será o suficiente para estudar e transmitir centenas de informações sobre a atmosfera que serão armazenadas a bordo do Cassini, que as retransmitirá em direção à Terra.
A sonda Cassini permanecerá em órbita ao redor de Saturno durante quatro anos, o que permitirá sobrevoar Titã quarenta vezes, trinta delas a menos de 1.000 km. Ao longo dessas numerosas passagens, ela estabelecerá uma carta radar deste globo perpetuamente recoberto de nuvens.
Ronaldo Rogério de Freitas Mourão é pesquisador-titular do Museu de Astronomia e Ciências Afins, no qual foi fundador e primeiro diretor, autor de mais de 70 livros, entre outros livros, do “Anuário de Astronomia 2005”. Consulte a homepage: www.ronaldomourao.com.
Voyager: atmosfera estava densa
Quando a Voyager sobrevoou Titã a sua atmosfera se apresentava muito densa, como se estivesse ocorrendo uma tempestade que impedisse visualizar seu solo. De 4 a 18 de outubro de 1994, o telescópio Hubble, em quatorze fotografias, obtidas em infravermelho num comprimento de onda (0,85 a 1,05 micrometro), para o qual as nuvens de hidrocarbonetos que envolvem Titã são transparentes, foi possível pela primeira vez observar possíveis estruturas de sua superfície, na região equatorial.
As manchas brilhantes e escuras registradas na superfície de Titã serão indício de existência de montanhas, crateras ou de regiões mais ou menos quentes? No momento, esses detalhes permitem afirmar que a superfície de Titã não é recoberta por um oceano uniforme de etano ou metano, como alguns modelos sugeriam. Até a exploração da sonda Huygens, em 2004, o telescópio espacial Hubble vai continuar observando Titã, em particular para detectar eventuais alterações de aspectos das zonas descobertas ou para registrar efeitos sazonais sobre a superfície gelada do satélite de Saturno.
Após qualquer avanço nas fronteiras das explorações planetárias, procura-se, imediatamente, questionar se existirá vida lá. Na realidade, isto caracteriza a angústia de isolacionismo em que vive a nossa avançada civilização tecnológica. (RRFM)
Imagem inesperada e misteriosa
As esperadas imagens do solo de Titã foram, entretanto, decepcionantes, pois as nuvens impediram a sua observação. Como a sonda possuía outros meios de detecção conseguiu-se uma imagem inesperada e misteriosa, por meio de observações efetuadas em luz infravermelha e ultravioleta. Quando a Voyager 1 passou por trás do satélite Titã, as ondas de rádio enviadas pela sonda tiveram que atravessar a sua atmosfera, o que permitiu a remessa de informações complementares sobre esse envoltório gasoso. Assim, a composição química da atmosfera é atualmente melhor conhecida. Existe nitrogênio, argônio, metano, etano, acetileno, ácido cianídrico e, sem dúvida, propano e benzeno. Todos os componentes básicos da química orgânica lá estão representados.
Reunindo as diversas informações é possível estabelecer um primeiro modelo da atmosfera de Titã. Parece que ela seria sobretudo composta de nitrogênio, com um pouco de argônio e menos de um por cento de metano. A idéia inicial de que houvesse uma maior quantidade de metano se explica se considerarmos que esse gás é muito mais fácil de ser detectado nas observações infravermelhas. Por outro lado, parece que a temperatura dessa atmosfera decresce de -100.ºC no topo a -180.ºC ou mesmo -200.ºC próximo da superfície, onde a temperatura deve permanecer constante. Supõe-se que na superfície de Titã deva existir um imenso oceano de nitrogênio líquido, onde a pressão atmosférica deverá ser quase três vezes maior que a terrestre. (RRFM)
Objetivo principal é procura de vida
O objetivo principal da missão da sonda Huygens, lançada em 15 de outubro de 1997, é a exploração da atmosfera e do solo de Titã – o segundo maior satélite do sistema solar -, em virtude da enorme curiosidade que envolve a sua atmosfera. Seu diâmetro de 5.150 km ultrapassa de longe o da Lua (3.476 km), de Plutão (2.310 km) e mesmo o de Mercúrio (4.880 km). Mas é sobretudo a sua atmosfera muito análoga à terrestre que vem atraindo a atenção dos astrônomos. Ela é composta de 90% de nitrogênio e traços de metano, etano, argônio e diversos hidrocarbonetos.
A história da provável existência de vida em Titã começou em 1944, quando o astrônomo norte-americano de origem holandesa Gerard Kuiper (1905-1973), detectou a presença, nesse satélite, de uma atmosfera constituída de metano. Foi então que começaram as primeiras especulações sobre a possibilidade de nele existir alguma forma de vida. As indicações na época permitiram afirmar que a atmosfera de Titã era bem mais densa do que a de Marte.
A curiosidade de saber se existia vida em Titã estava ligada ao fato de ser este o único satélite a possuir uma autêntica atmosfera. Tendo em vista que o principal componente desta, o metano, constituído de um átomo de carbono combinado com quatro de hidrogênio, se o mais simples de todos os componentes orgânicos, torna-se fácil compreender a razão de tais especulações.
Graças às propriedades particulares do átomo de carbono – que possui capacidade de se associar facilmente a outros átomos de carbono -, imagina-se que as moléculas de metano têm a faculdade de se associar entre si para dar origem a maiores moléculas com dois ou mais átomos de carbono. Por outro lado, apesar de muito afastado de Titã, o Sol poderia fornecer energia suficiente para o início de tal reação. Aliás, a própria coloração nitidamente alaranjada do satélite, visível ao telescópio, sugere que a atmosfera de Titã seja constituída de uma mistura de pequenas quantidades de vapor associadas a hidrocarbonetos, mais complexos. Quanto mais complexa uma molécula de hidrocarboneto, maior será a temperatura necessária para vaporizá-la. Assim, se certos hidrocarbonetos se apresentam sob forma de vapor na atmosfera, a maioria deles deve encontrar-se na superfície em estado líquido. Tais conclusões permitem supor que a superfície de Titã seja constituída de enormes lagos de hidrocarbonetos.
Para que qualquer forma de vida venha a surgir em um planeta são necessárias duas condições: a existência de um elemento líquido e uma quantidade suficiente de compostos orgânicos. A água é o elemento mais favorável a esta situação, pois ela constitui um líquido polar, ou seja, as suas moléculas são assimétricas e em cada extremidade possuem pequenas cargas elétricas que provocam as atrações e repulsões fundamentais para as transformações associadas à vida. Por outro lado, as moléculas de hidrocarboneto têm propriedades não-polares, ou seja, simétricas e descarregadas de eletricidade. Os únicos líquidos que têm possibilidade de substituir a água, neste processo, e que se liquefazem nas condições de temperatura ambiente reinante nos planetas, são o amoníaco e o hidrogênio sulfúrico. Este último é um líquido polar, embora menos que o amoníaco e muito menos que a água.
Com muito boa vontade, poder-se-iam imaginar esses dois líquidos produzindo e desenvolvendo outras formas de vida. Mas tudo isso é uma especulação muito ousada, até certo ponto válida para aqueles que não adotam uma posição conservadora.
Com efeito, o que deve existir realmente em Titã é um novo mundo com possibilidades muito atraentes no plano químico, se bem que seja praticamente pouco provável a existência de vida.
Infelizmente a nave Voyager 1, que sobrevoou o satélite de Saturno em novembro de 1980, não foi elaborada para permitir responder à questão sobre a provável existência de vida em Titã. O que ela realizou, com sucesso, foi a coleta de dados em ultravioleta e infravermelho, num notável esforço científico para que melhor se conheçam a atmosfera e a temperatura do satélite. Assim, ficou confirmada, pelas imagens já processadas, que Titã é uma bola difusa alaranjada com maior variação em coloração do que era possível esperar. Uma auréola azulada ao redor do satélite sugere que a sua atmosfera é a mistura muito heterogênea de gases e moléculas. (RRFM)
Dados relativos à sonda Cassini
Objetivo: explorar o sistema saturniano.
Agência responsável: NASA.
Nome: homenagem ao astrônomo francês de origem italiana J.D. Cassini (1625-1712) que estudou Saturno de 1671-1685.
Massa no lançamento (orbitador + Huygens): 5,82 toneladas.
Carga científica do orbitador: 300kg (12 experimentos).
Veículo lançador: Titan-IV/Centaur (NASA)
Lançamento: 15 de outubro de 1997.
Objetivos que serão sobrevoados: Vênus (duas vezes), Terra e Júpiter.
Chegada a Saturno: 1.º de julho de 2004.
Orbitador vai funcionar na vizinhança de Saturno: 4 anos.
Fonte de energia: reator nuclear.
Dados relativos à sonda Huygens
Objetivo: penetrar na atmosfera de Titã.
Agência responsável: Agência Espacial Européia, como parte da Missão Cassini.
Papel no programa Horizont 2000: missão de dimensões médias.
Nome: homenagem ao astrônomo holandês Christiaan Huygens (1629-1695).
Firma que projetou e construiu: Aerospatiale, Cannes, França.
Massa: 343kg (+30kg no orbitador).
Carga científica: 48kg (seis experimentos).
Diâmetro: 2,7 metros.
Lançamento: 15 de outubro de 1997.
Liberação em direção a Titã: 25 de dezembro de 2004.
Chegada em Titã: 14 de janeiro de 2005.
Duração da descida em pára-quedas: 120-150 minutos.
Funcionamento na superfície de Titã: 3-30 minutos.
Fonte de energia: baterias (153 minutos)
Dados relativos à lua Titã
Distância de Saturno: 1,226,000km.
Período orbital (dia titânico): 15,95 dias
Distância média do Sol: 1,427,000,000km (9,54 vezes a distância Terra ao Sol).
Diâmetro: 5.150km (Ganimedes: 5.262km; Mercúrio: 4.878km, Lua: 3.476km)
Diâmetro em relação à atmosfera superior (1 mbar): 5.550km.
Massa: 1/45 de massa da Terra.
Densidade comparada à da água: 1.881
Temperatura superficial: -180ºC (+94K).
Pressão atmosférica superior: 1.500mbar (1,5 vezes a da Terra).
TITÃ
O que conhecemos com relação à lua de Titã:
Titã é a única lua no sistema solar com uma espessa atmosfera.
A pressão atmosférica próxima à superfície de Titã é 60% maior do que a da Terra, no nível do mar.
A temperatura atmosférica próxima à superfície de Titã é de 95K (-178ºC).
Como na Terra, o mais abundante gás existente na atmosfera de Titã é o nitrogênio.
Metano é o segundo mais abundante gás, mais do que a dezena de outros gases presentes.
A espessura da atmosfera de Titã é cerca de 10 vezes a da Terra.
O diâmetro de Titã é 5.150km, cerca de 40% maior do que o terrestre.
Titã é o segundo maior satélite no sistema solar; só Ganimedes, satélite de Júpiter, é maior.
Titã e Ganimedes são ambos maiores do que os planetas Mercúrio e Plutão.
Titã aparentemente guarda o mesmo lado em direção a Saturno em seu movimento ao redor do planeta.
Titã órbita Saturno à distância de 1.221.830km do centro de Saturno.
Titã órbita Saturno em 16 dias (período orbital = 15,9454 dias [terrestres]).
Oceanos (ou lagos) de etano líquido podem cobrir uma grande fração da superfície de Titã.
A superfície de Titã é desuniforme ao radar.
Titã apresenta aspecto superficial (continente) que brilha no infravermelho.
O que se espera descobrir ou explicar em relação a Titã:
Qual é a natureza da superfície de Titã?
O que a superfície de Titã poderá nos contar com relação à história desse satélite?
Existem lagos ou oceanos (de etano líquido) sobre a superfície de Titã?
Ocorrem chuvas (de metano líquido) em Titã?
Existem rios e outros sinais de erosão na superfície de Titã?
Existem montanhas ou vales na superfície de Titã?
Em que direção os ventos sopram na atmosfera de Titã?
Quanto de luz solar alcança a superfície de Titã?
Que gases estão presentes na atmosfera de Titã?
Como é a abundância relativa e a distribuição em altitude dos gases na atmosfera?
Como é a superfície e a atmosfera de Titã em relação às condições prebióticas reinantes na Terra?
Pode a vida já ter existido em Titã?
As condições prebióticas reinantes na superfície e na atmosfera de Titã são análogas às que existiram na Terra?
