Tra le tante lune presenti nel Sistema Solare, Titano è l'unica, oltre al nostro pianeta, ad avere liquido stabile in superficie (idrocarburi invece di acqua). La sua fredda e densa atmosfera è composta prevalentemente di azoto, con sistemi nuvolosi di metano, che si comporta come il vapore acqueo sulla Terra. Una fitta foschia avvolge e disperde la luce, rendendo molto difficili le osservazione della superficie. È la più grande luna di Saturno, con un raggio di 2574 chilometri (più grande di Mercurio) e la seconda più grande del nostro Sistema Solare dopo Ganimede. Potrebbe essere potenzialmente ospitale? C'è addirittura chi ha ipotizzato una vita basata sul metano.

L'agenzia spaziale americana, partendo dalle solide basi e scoperte della storica missione Cassini–Huygens, vuole saperne di più ed inviare un ottocottero X8 da mezza tonnellata, costruito e testato presso l'Applied Physics Laboratory (APL) della Johns Hopkins University, a metà degli anni '30. Ora, il team ha pubblicato sul The Planetary Science Journal gli obiettivi della missione che includono la ricerca di biofirme, indagini sul ciclo attivo del metano e l'esplorazione della chimica prebiotica attualmente in atto nell'atmosfera e sulla superficie della luna.

"Titano rappresenta l'utopia di un esploratore", ha affermato il co-autore Alex Hayes, professore associato di astronomia presso il College of Arts and Sciences e co-ricercatore per Dragonfly. “Le domande scientifiche aperte su Titano sono molto ampie perché non sappiamo ancora molto su ciò che sta effettivamente accadendo in superficie. Per ogni domanda a cui abbiamo risposto durante l'esplorazione di Titano da parte della missione Cassini dall'orbita di Saturno, ne abbiamo ottenute 10 nuove". In effetti, sebbene la Huygens abbia effettuato un atterraggio di successo sulla luna nel 2004 trasmettendo dati per poco più di un'ora e la Cassini abbia orbitato nel sistema di Saturno per 13 anni, la densa atmosfera di metano ha reso impossibile identificare in modo affidabile i materiali sulla superficie del satellite. Il radar a bordo della Cassini ha permesso agli scienziati di penetrare la fitta foschia ed identificare strutture morfologiche simili alla Terra, comprese dune, laghi e montagne ma gli strumenti non hanno potuto rivelarne la composizione. "In effetti, al momento del lancio di Cassini non sapevamo nemmeno se la superficie di Titano fosse un oceano liquido globale di metano ed etano, o una superficie solida di ghiaccio d'acqua e sostanze organiche solide", ha affermato Hayes, che è anche direttore del Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science e Spacecraft Planetary Image Facility in A&S.

Dragonfly sarà la prima missione ad esplorare la superficie di Titano

Dragonfly trascorrerà al massimo due giorni su Titano (pari a 32 giorni terrestri), nello stesso luogo, conducendo esperimenti e osservazioni scientifiche. Quindi volerà per circa mezz'ora verso una nuova posizione. Il team scientifico dovrà prendere decisioni su cosa fare in base ai dati rilevati nelle location precedenti, un po' come succedere per i rover su Marte. La bassa gravità di Titano (circa un settimo di quella terrestre), l'atmosfera densa (quattro volte più densa di quella terrestre) e i venti deboli, rendono la luna di Saturno un luogo ideale per un aeromobile. Il team scientifico non si aspetta pioggia durante i voli di Dragonfly ma nessuno conosce i modelli meteorologici su scala locale.

Il sito di atterraggio della libellula è vicino all'equatore di Titano, circa 700 km a nord del sito della Huygens, nel mare di sabbia di Shangri-La.

Sito di atterraggio LS1 di Dragonfly, nel mare di sabbia Shangri-La, a circa 750 km a nord-nordovest del sito di atterraggio di Huygens (HLS).

La missione principale si svolgerà durante l'inverno dell'emisfero settentrionale con i seguenti strumenti scientifici:

- DraMS (Dragonfly Mass Spectrometer). Derivato dal SAM su Curiosity e MOMA su ExoMars, DraMS è uno spettrometro di massa lineare a trappola ionica che opera in tre modalità (desorbimento laser, gascromatografia e arricchimento atmosferico) per misurare la massa di molecole fino a ~2000 amu in campioni superficiali e atmosferici

- DraGNS (Dragonfly Gamma-Ray and Neutron Spectrometer). Usando un generatore di neutroni a impulsi, DraGNS sonda Titano entro 2 m dal lander per misurare la composizione elementare della massa nel sottosuolo poco profondo, in particolare C, H, N, O, Na, Mg, P, S, Cl e K

- DraGMet (Dragonfly Geophysics and Meteorology package). DraGMet è un ampio set di strumenti che misurano 11 proprietà distinte: temperatura atmosferica, pressione, velocità e direzione del vento, umidità del metano, pressione parziale dell'idrogeno, sismicità crostale, campo elettrico, proprietà dielettriche superficiali, temperatura superficiale e rumore ambientale

- DragonCam (Dragonfly Camera suite). Dragonfly trasporta otto telecamere scientifiche: due telecamere panoramiche attaccate all'antenna ad alto guadagno, due telecamere fisse rivolte in avanti, due telecamere grandangolari rivolte verso il basso per l'area di lavoro sinistra e destra e due telecamere microscopiche con 60 μm/pixel da focalizzare sui campioni

- DrACO (Drill for Acquisition of Complex Organics). Sebbene non sia tecnicamente uno strumento scientifico, DrACO perfora la superficie di Titano e aspira campioni di materiali superficiali, consegnandoli in DraMS a temperatura criogenica

Gli obiettivi:

A) Chimica prebiotica. Determinare l'inventario delle molecole organiche e inorganiche prebioticamente rilevanti e delle reazioni su Titano.
Nessun esperimento sulla Terra può riprodurre abbastanza a lungo le condizioni appropriate per la formazione della vita terrestre. Ma Titano è un laboratorio naturale ricco di carbonio e azoto per la chimica prebiotica. Quali componenti chimici e percorsi chimici che producono energia esistono sulla luna di Saturno che potrebbero guidare la chimica prebiotica?
Le molecole complesse Cx Hy Nz, gli ingredienti principali per la chimica prebiotica sono abbondanti sulla superficie di Titano, dove c'è il potenziale per un'ulteriore evoluzione chimica. Tuttavia, non è noto fino a che punto la sintesi organica sia progredita e se i processi abiotici abbiano prodotto gradienti chimici che potrebbero essere utilizzati dagli organismi.

B) Abitabilità. L'abitabilità di un ambiente dipende da condizioni che includono l'abbondanza e la distribuzione di nutrienti chimici, nonché potenziali solventi. La superficie di Titano ospita due possibili solventi liquidi: acqua e metano. La persistenza del metano liquido, la velocità di introduzione dei solidi organici e la loro concentrazione per evaporazione, e le prospettive di miscelazione di sostanze organiche con acqua liquida in corrispondenza, in prossimità o al di sotto della superficie, determinano i tempi e le abbondanze con cui la biochimica può operare, definendo così l'abitabilità di Titano.

C) Provenienza geologica. Come vengono trasportati i materiali solidi, soprattutto organici, sulla superficie di Titano e nella sua atmosfera? La ridistribuzione del materiale regola l'abitabilità di Titano e la disponibilità locale di solidi organici. Lo scopo è determinare le velocità dei processi che modificano la superficie di Titano e le velocità di trasporto dei materiali.

D) Mescolanza di acqua e sostanze organiche. Dove e come l'acqua liquida è entrata in contatto con il materiale organico? Un guscio di ghiaccio separa la superficie ricca di sostanze organiche di Titano dall'oceano sotterraneo di acqua liquida ma l'entità di tale separazione rimane sconosciuta. Potrebbero operare diversi processi per miscelare sostanze organiche e acqua liquida come la craterizzazione da impatto, l'eruzione di acque sotterranee da parte di processi criovulcanici o semplici meccanismi di sepoltura e subsidenza. Dragonfly, quindi, cercherà di determinare quali processi fisici mescolano gli elementi organici di superficie con l'oceano sotto la superficie e/o i serbatoi di acqua liquida fusa.

E) Biofirme. Ci sono firme chimiche della vita basata sull'acqua o sugli idrocarburi su Titano? La nostra comprensione della biologia è basata su un unico campione: la vita sulla Terra. Se la vita fosse esistita su Titano, avrebbe lasciato tracce nel ghiaccio ormai solidificato. Tali biofirme sarebbero protette dalla degradazione dei raggi cosmici galattici a causa della spessa atmosfera della luna e dall'erosione chimica dovuta all'insolubilità del ghiaccio d'acqua negli idrocarburi liquidi. I processi biologici producono composti con modelli di abbondanza ben distinti rispetto ai processi abiotici e prediligono molecole con una sola chiralità. Questi e altri indizi chimici sono misurabili e potrebbero rappresentare segni di vita passata o esistente. Dragonfly avrà il compito di eseguire una ricerca su vasta scala di firme indicative di processi biologici passati o esistenti.

"La cosa più eccitante per me è che abbiamo fatto previsioni su cosa sta succedendo su scala locale sulla superficie e su come Titano funziona come un sistema", ha detto Hayes, "e le immagini e le misurazioni di Dragonfly ci diranno quanto sia giusto o sbagliato". Hayes ha lavorato su Titano per quasi tutta la sua carriera. "I miei principali interessi scientifici sono comprendere Titano come un mondo complesso simile alla Terra e cercare di capire i processi che stanno guidando la sua evoluzione", ha detto. "Ciò coinvolge tutto, dalle interazioni del ciclo del metano con la superficie e l'atmosfera, al percorso del materiale in tutta la superficie e al potenziale scambio con l'interno".