Il 14 gennaio 2005, diciannove anni fa oggi, la sonda Huygens atterrava con successo su Titano, luna di Saturno. Si tratta ancora dell’unico atterraggio compiuto finora nel Sistema Solare esterno, e in particolare è stato il primo e finora il solo compiuto su una luna diversa da quella della Terra.

La sonda era costruita e gestita dall’ESA e faceva parte della missione Cassini-Huygens, lanciata dalla NASA il 15 ottobre 1997. La missione prendeva il nome dall’astronomo olandese del XVII secolo Christiaan Huygens, che scoprì Titano nel 1655.

Huygens si è separata dall’orbiter Cassini il 25 dicembre 2004, ed è atterrato su Titano circa tre settimane dopo, vicino alla regione di Adiri. L’atterraggio avvenne sulla terraferma, anche se nella sua progettazione era stata presa in considerazione anche la possibilità che cadesse su una superficie liquida, come quella dei fiumi e laghi di idrocarburi osservati dallo spazio su Titano.

La sonda era stata progettata per raccogliere dati per alcune ore nell’atmosfera e possibilmente per un breve periodo in superficie. Ha continuato a inviare dati per circa 90 minuti dopo il touchdown. Di seguito, un video di recap dell’atterraggio. Credits: ESA/NASA/JPL/University of Arizona

La missione Huygens, in breve

Huygens è stata una missione progettata per esplorare la luna di Saturno Titano. Il suo obiettivo principale era penetrare nell’atmosfera di Titano, atterrare sulla sua superficie e condurre esperimenti scientifici. Prima dell’atterraggio, non era certo se il sito di atterraggio sarebbe stato una catena montuosa, una pianura o un oceano o un lago. Le immagini ricevute in seguito da Cassini, la sonda madre, suggerirono che il luogo di atterraggio potesse essere una costa.

La sonda Huygens era stata progettata per resistere all’impatto e inviare dati per diversi minuti sulla superficie, potenzialmente atterrando anche in un oceano. Aveva una breve autonomia della batteria, prevedendo circa 30 minuti di operatività dalla superficie.

La sonda consisteva in un modulo principale di discesa e un’unità di supporto orbitale. Il sistema includeva uno scudo termico, elettronica di tracciamento, e un paracadute per la discesa controllata. La fase principale della missione era la discesa con il paracadute attraverso l’atmosfera di Titano. Il collegamento radio era attivo durante la discesa e i primi minuti sulla superficie.

Huygens trasmetteva dati a Cassini, che poi inviava le informazioni sulla Terra. Le batterie erano dimensionate per 153 minuti, corrispondenti alla durata prevista della missione. Diversi radiotelescopi sulla Terra, incluso il Robert C. Byrd Green Bank Telescope, ascoltarono il segnale di Huygens utilizzando tecniche avanzate.

L’atterraggio su Titano

Huygens si è separata dall’orbiter Cassini alle 02:00 UTC del 25 dicembre 2004. Secondo l’ESA, è poi entrata nell’atmosfera di Titano alle 10:13 UTC del 14 gennaio 2005 (nello SpaceCraft Event Time, SCET).

Quella che segue è una delle prime immagini grezze restituite dalla sonda durante la discesa. È stata scattata da un’altitudine di 16.2 chilometri, con una risoluzione di circa 40 metri per pixel. Mostra una rete intricata di canali di drenaggio, che attraversano la terraferma e conducono a una costa, delineando un paesaggio più chiaro in direzione di un mare più scuro. È stata scattata con il Descent Imager/Spectral Radiometer, uno dei due strumenti della NASA sulla sonda.

Huygens è atterrata sulla luna intorno alle 12:43 UTC dello stesso giorno, con una velocità d’impatto simile a quella di una palla che cade sulla Terra da un’altezza di circa 1 metro. Ha generato un cratere profondo 12 centimetri, prima di rimbalzare su una superficie piana e scivolare per 30-40 centimetri. Ha rallentato a causa dell’attrito con la superficie e, una volta fermatosi, ha oscillato avanti e indietro cinque volte.

I sensori di Huygens hanno continuato a rilevare piccole vibrazioni per altri due secondi. Entro 10 secondi dall’atterraggio, la sonda era ferma. Il team di missione ha calcolato che la nuvola di polvere, probabilmente aerosol organici, sollevata da Huygens durante l’impatto è rimasta sospesa nell’atmosfera per circa quattro secondi.

La temperatura nel sito di atterraggio era di 93.8 gradi Kelvin, ovvero -179.3 gradi Celsius, e la pressione di 1.4484 atmosfere. I termometri indicavano che il calore lasciava Huygens così rapidamente che il terreno doveva essere umido, e un’immagine mostra la luce riflessa da una goccia di rugiada mentre cade attraverso il campo visivo della fotocamera. Sono state quindi stimate un’abbondanza di metano del 5 ± 1% e un’umidità relativa del metano del 50% vicino alla superficie.

Vedere la superficie di un’altra luna per la prima volta

Nel punto di atterraggio di Huygens, si osservavano tracce di frammenti di ghiaccio d’acqua disseminati su una superficie di tonalità arancione, che era prevalentemente coperta da una velatura di etano. Le prime riprese aeree di Titano acquisite da Huygens suggerivano la presenza di ampi specchi liquidi in superficie. Successivi dati provenienti dalla sonda madre Cassini hanno definitivamente confermato l’esistenza di laghi di idrocarburi liquidi permanenti nelle regioni polari di Titano. Nel 2012, sono poi stati identificati anche laghi tropicali di idrocarburi a lunga durata, inclusi quelli nelle vicinanze del luogo di atterraggio di Huygens nella regione di Shangri-La, con dimensioni approssimativamente la metà del Grande Lago Salato dello Utah e una profondità di almeno 1 metro.

Inizialmente, si pensava che la superficie fosse composta da un materiale simile all’argilla, “con una possibile sottile crosta seguita da una regione di consistenza relativamente uniforme”. Ulteriori analisi dei dati indicano che le letture sulla consistenza superficiale potrebbero essere state influenzate dallo spostamento di un grosso frammento ghiacciato nel terreno durante l’atterraggio di Huygens, e che la superficie potrebbe essere meglio descritta come una sabbia, composta da granuli di ghiaccio d’acqua solidificati.

Le immagini catturate, come quella soprastante dopo l’atterraggio mostrano una pianura coperta da ciottoli, che potrebbero essere formati da ghiaccio d’acqua rivestito di idrocarburi, con forme arrotondate suggerendo l’influenza di fluidi. Le rocce sembrano essere selezionate per dimensione, stratificate come se si trovassero sul fondo di un ruscello in un letto scuro costituito da materiale più fine.

Non sono stati individuati ciottoli di dimensioni superiori a 15 cm, mentre quelli inferiori a 5 cm sono rari nel luogo di atterraggio di Huygens. Ciò suggerisce che i ciottoli più grandi non possono essere trasportati sul fondo del lago, e che quelli più piccoli vengono rapidamente rimossi dalla superficie.

L’esplorazione futura di Titano

Considerato l’interesse sollevato sin dai primi risultati della missione Cassini-Huygens, le agenzie spaziali hanno valutato varie proposte per missioni esplorative successive su Titano. Nel 2006, la NASA ha studiato una missione che prevedeva l’esplorazione dei maggiori laghi di Titano tramite un lander galleggiante, per un periodo di 3-6 mesi, denominata Titan Mare Explorer. Il lancio era stato proposto per il 2016, ma nel 2012 l’agenzia ha preferito privilegiare la missione InSight, destinata allo studio di Marte.

Il progetto del lander acquatico su Titano venne riproposto nella missione Titan Saturn System Mission (TSSM), ideata come una possibile missione congiunta della NASA e dell’ESA, diretta all’esplorazione di Titano ed Encelado, altra luna di Saturno. La missione comprendeva un orbiter, una mongolfiera e un lander acquatico, TiME, per lo studio dei mari. Nel febbraio 2009 venne però data la priorità alla missione Europa Jupiter System Mission (poi divenuta Europa Clipper).

Nel 2012 Jason Barnes, uno scienziato dell’Università dell’Idaho propose un’altra missione, la Aerial Vehicle for In-situ and Airborne Titan Reconnaissance (AVIATR). Il progetto prevedeva il volo nell’atmosfera di Titano di un aereo senza pilota o comandato da un drone. Il progetto non è stato approvato dalla NASA.

La società privata spagnola SENER e il Centro de Astrobiologia di Madrid hanno progettato nel 2012 un altro lander acquatico per l’esplorazione di un lago titanico. La sonda è stata denominata Titan Lake In-situ Sampling Propelled Explorer (TALISE). Non è mai stata approvata dall’ESA.

Nel 2015 il NASA Institute for Advanced Concepts ha finanziato, tra gli altri, uno studio per la progettazione di un sottomarino per l’esplorazione dei mari di Titano. Solo nel 2019, però, è stata finalmente approvata una nuova missione su Titano, Dragonfly. Il veicolo di studio principale sarà un drone, per la precisione un lander a rotore, alimentato da un generatore termoelettrico a radioisotopi. Il drone volerà con agilità sfruttando la bassa gravità e l’elevata densità dell’atmosfera. Purtroppo, però, si fa attendere: proprio lo scorso dicembre, la NASA ha comunicato che per incertezze di budget, la missione è posticipata al 2028.