مهمة تيتان في نظام زحل

كانت مهمة نظام تيتان-زحل (TSSM) مشروعًا مشتركًا بين وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية لاستكشاف كوكب زحل وقمريه تيتان وإنسيلادوس ، [ 1 ] حيث كشفت مركبة كاسيني عن العديد من الظواهر المعقدة ^{. كان من} المقرر إطلاق TSSM في عام 2020، على أن تحصل بعد ذلك على مساعدة جاذبية من الأرض والزهرة ، وتصل إلى نظام زحل في عام 2029. تضمنت المهمة الأساسية التي استمرت أربع سنوات جولة لمدة عامين حول زحل، ومرحلة لجمع عينات من الغلاف الجوي حول تيتان لمدة شهرين، ومرحلة مدارية حول تيتان لمدة عشرين شهرًا .

في عام 2009، تم إعطاء الأولوية لمهمة إلى كوكب المشتري وأقماره على مهمة نظام تيتان زحل ، ^{[ 3 ]} على الرغم من أن مهمة نظام تيتان زحل ستستمر في التقييم من أجل التطوير والإطلاق المحتملين.

أُنشئت مهمة نظام تيتان-زحل (TSSM) رسميًا في يناير 2009 بدمج مهمة تيتان وإنسيلادوس ( TandEM ) التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية مع دراسة مستكشف تيتان (2007) التابعة لوكالة ناسا، ^{[ 4 ]} على الرغم من أن خطط دمج المفهومين تعود على الأقل إلى أوائل عام 2008. تنافست مهمة TSSM مع مقترح مهمة نظام أوروبا-المشتري (EJSM) على التمويل، وفي فبراير 2009 أُعلن أن ناسا/وكالة الفضاء الأوروبية قد أعطتا الأولوية لمهمة EJSM على مهمة TSSM. ^{[ 5 ] [ 6 ]} استمرت دراسة مهمة TSSM لتحديد موعد إطلاق لاحق، قرب العقد الثالث من القرن الحادي والعشرين. وقُدّمت تقارير تقييم مفصلة لعناصر المهمة ^{[ 7 ]} ، بالإضافة إلى مفهوم محدد لوحدة هبوط على بحيرات تيتان تُسمى مستكشف بحر تيتان (TiME)، والتي يُحتمل أن تُصبح جزءًا من مهمة TSSM، في فبراير وأكتوبر 2009 على التوالي.

في عام 2014، كان يُعتقد أنه ربما تم إحياء مشروع TSSM لإطلاقه على متن صاروخ SLS فائق الثقل . ^{[ 2 ]}

تتكون مهمة TSSM من مركبة مدارية ومسبارين لاستكشاف تيتان: منطاد هواء ساخن سيطفو في سحب تيتان، ومركبة هبوط ستهبط على أحد بحار الميثان الخاصة به.

سيتم نقل بيانات كلا المسبارين إلى مركبة مدارية حول تيتان. وسيكونان مجهزين لدراسة خصائص تيتان بأجهزة للتصوير، ورسم الخرائط الرادارية ، وأخذ عينات من السطح والغلاف الجوي ، بشكل أكثر شمولاً بكثير مما قامت به مهمة كاسيني-هويجنز .

ستستخدم المركبة الفضائية عدة مناورات مساعدة بالجاذبية حول كواكب أخرى للوصول إلى زحل. كان التصميم الأساسي يتضمن إطلاقها في سبتمبر 2020، متبوعًا بأربع مناورات مساعدة بالجاذبية ( الأرض - الزهرة - الأرض - الأرض)، والوصول إلى زحل بعد تسع سنوات في أكتوبر 2029. يُعد هذا أحد الخيارات العديدة المتاحة للانتقال من الأرض إلى زحل خلال الفترة من 2018 إلى 2022. مع ذلك، لا تُعطي خطط ناسا الحالية الأولوية لمركبة زحل الفضائية (TSSM)، ومن غير المرجح الالتزام بأي من مواعيد الإطلاق المقترحة.

عند وصول المركبة المدارية إلى زحل في أكتوبر 2029، سيضعها نظام الدفع الكيميائي في مدار حوله، تليها مرحلة جولة زحل التي تستغرق عامين، وتتميز بنشر العناصر الموجودة في الموقع ، وتشمل ما لا يقل عن سبع تحليقات قريبة من إنسيلادوس وست عشرة تحليقًا بالقرب من تيتان. خلال هذه الفترة، ستعمل عمليات المساعدة الجاذبية المتكررة والمناورات على تقليل الطاقة اللازمة للدخول في مدار تيتان. ومع إتمام المركبة تحليقها بالقرب من إنسيلادوس، ستقوم المركبة المدارية بتحليل أعمدة الدخان البركاني الجليدي غير العادية عند القطب الجنوبي للقمر.

سيتم إطلاق منطاد مونغولفيير ، وهو منطاد هوائي ساخن، عند اقترابه من أول تحليق له فوق تيتان للدخول باليستياً إلى غلافه الجوي خلال مهمته التي تستغرق ستة أشهر أرضية من أبريل 2030 إلى أكتوبر 2030. واستناداً إلى اكتشافات كاسيني-هويجنز، من المفترض أن يكون منطاد مونغولفيير قادراً على الدوران حول تيتان مرة واحدة على الأقل خلال عمره الافتراضي عند خط عرض إطلاقه الذي يبلغ حوالي 20 درجة شمالاً، على ارتفاع 10 كيلومترات فوق سطح تيتان.

قارب الهبوط في البحيرة

طُرحت العديد من المقترحات بشأن مفهوم المركبة الهابطة على البحيرة. ومن أكثر الخطط تفصيلاً حتى الآن ما يُعرف باسم " مستكشف بحر تيتان " (TiME)، والذي اقتُرح في الأصل كمهمة استكشافية منفصلة، ​​ولكن قد يتم تأجيله لاحقًا وإدراجه ضمن مهمة استكشاف تيتان (TSSM). ^{[ 8 ] [ 9 ]} في حال الموافقة، سيتم إطلاق TiME من المركبة المدارية خلال تحليقها الثاني بالقرب من تيتان. ونظرًا لطبقة الضباب التي تُغطي تيتان وبعده عن الشمس، لا يمكن تزويد المركبة الهابطة بالطاقة الشمسية، وستعتمد على مولد ستيرلينغ المتطور للنظائر المشعة (ASRG) الجديد، ^{[ 9 ] [ 10 ]} وهو نموذج أولي مصمم لتوفير مصادر طاقة طويلة الأمد للشبكات التي تهبط على سطح تيتان وغيرها من المهام الكوكبية. ستستهدف المركبة الهابطة بحر ليجيا ، وهو بحر قطبي شمالي من الهيدروكربونات السائلة يقع عند خط عرض 79° شمالًا تقريبًا. ستهبط المركبة الفضائية "تايم" بواسطة مظلة، على غرار مسبار "هويجنز" عام 2005. وخلال ست ساعات من الهبوط، ستقوم بتحليل الغلاف الجوي ثم تهبط على سطح الماء. وتتمثل المهمة الرئيسية لهذه المركبة التي تعمل بالبلوتونيوم في أخذ عينات من المواد العضوية على السطح وتحليلها لمدة تتراوح بين ثلاثة وستة أشهر تقريبًا؛ وستكون هذه أول مهمة استكشاف عائمة لبحر خارج كوكب الأرض. بالإضافة إلى مهمتها الأساسية، يمكن تجهيز "تايم" بمجموعة من الأجهزة المتطورة لدراسة التركيب الكيميائي والخصائص الفيزيائية لبحيرات تيتان. ويشمل ذلك مطيافًا لتحليل الهيدروكربونات السائلة، وجهاز سونار لرسم خريطة لقاع البحيرة، ومحطة أرصاد جوية لرصد الظروف الجوية الفريدة لتيتان. علاوة على ذلك، يدرس مخططو المهمة إمكانية إضافة مسبار غاطس يمكن إطلاقه من "تايم" لاستكشاف ما تحت سطح بحر ليجيا، مما يوفر رؤى غير مسبوقة حول إمكانية وجود كيمياء ما قبل الحياة في بحار تيتان. لن تؤدي هذه التحسينات إلى توسيع فهمنا لتيتان فحسب، بل قد تقدم أيضًا أدلة على السؤال الأوسع نطاقًا حول أصول الحياة في الكون.

يمكن تلخيص الأهداف الرئيسية لمهمة TSSM في أربع فئات:

• استكشف تيتان كنظام
• دراسة المخزون العضوي لكوكب تيتان وإمكاناته في علم الأحياء الفلكي
• تقييد نماذج أصل وتطور تيتان
• استعادة المعلومات المتعلقة بإنسيلادوس والغلاف المغناطيسي لكوكب زحل

تهدف الأبحاث العلمية على تيتان إلى توفير معلومات حول جوانب عديدة، منها تكوين السطح والتوزيع الجغرافي للمكونات العضوية المختلفة؛ ودورة الميثان ومخزوناته ؛ وأعمار معالم السطح، ولا سيما ما إذا كان النشاط البركاني الجليدي والتكتونية مستمرين أم أنهما من مخلفات ماضٍ أكثر نشاطًا؛ ووجود أو غياب الأمونيا ، والمجال المغناطيسي ، والمحيط الجوفي؛ والكيمياء التي تحفز تكوين الأيونات المعقدة في الغلاف الجوي العلوي؛ ونطاق ارتفاع واسع في الغلاف الجوي، من 400 إلى 900 كيلومتر، والذي لا يزال غير مستكشف بشكل كافٍ بعد مهمة كاسيني. إضافةً إلى ذلك، لا يزال هناك الكثير مما يجب فهمه حول التغيرات الموسمية للغلاف الجوي على جميع المستويات، وهروب المكونات إلى الفضاء على المدى الطويل.

ستهبط مركبة الهبوط TiME على بحر ليجيا ، وهو بحر من الميثان يقع في نصف الكرة الشمالي لتيتان. يُعتقد أن دورة الميثان على تيتان تُشابه دورة الماء على الأرض ، حيث يوجد المائع العامل في الأرصاد الجوية في حالتي السائل والغاز. ستُمكّن TiME من رصد دورة الميثان على تيتان مباشرةً، مما يُساعد على فهم أوجه التشابه والاختلاف بينها وبين دورة الماء على الأرض. ^{[ 9 ]} مع ذلك، لا تزال هناك تساؤلات حول مصادر إعادة تزويد الغلاف الجوي بالميثان. بُني هذا العالم بفعل أنشطة عضوية لا تزال قائمة، وتشير نتائج مهمة كاسيني-هويجنز إلى وجود عالم يتمتع بتوازن بين العمليات الجيولوجية والجوية، وهو أفضل نظير للأرض في النظام الشمسي . علاوة على ذلك، يُعتقد أن المحيط الداخلي الذي اكتشفته كاسيني، في أعماق الغلاف الجوي الكثيف لتيتان وسطحه، يتكون في معظمه من الماء السائل. ^{[ 11 ]} ستكون مهمة TSSM هي المهمة الأولى في 50 عامًا من استكشاف الفضاء حيث سيتم إجراء مسح شامل ومتعدد التخصصات في الموقع للكيمياء العضوية النشطة والمناخ على الأرض والبحر وفي الهواء لعالم آخر.

• كرونوس (مركبة فضائية)
• اليعسوب (مسبار تيتان الفضائي)

• تقرير مشترك بين وكالة ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية حول مهمة TandEM/TSSM
• الموقع الرسمي لـ TSSM
• الموقع الرسمي لـ TandEM
• مهمة كاسيني/هويجنز – ناسا
• بودكاست ناسا حول TSSM