Hooggelegen wolken op Mars bespied door Europees ruimtevaartuig (foto's)

NASA ontwerpt een robot-onderzeeër om de ultrachilly, met koolwaterstoffen gevulde zeeën op Saturnusmaan Titan te verkennen - het enige lichaam in het zonnestelsel, met uitzondering van de aarde, met vloeistof op het oppervlak. Onderzoekers hebben de sonde getest in een lab met een emmer buitenaardse oceaan.

De zeeën van Titan zijn heel anders dan hun tegenhangers op aarde: in plaats van zeewater bestaan ​​de zeeën van Titan hoofdzakelijk uit een ijskoude mengeling van methaan en ethaan, bij een temperatuur van ongeveer minus 300 graden Fahrenheit (minus 184 graden Celsius). Dat is wat NASA's Cassini-ruimtevaartuig en zijn Huygens-sonde, die in 2005 op Titan landden, vonden.

Het plan is om de autonome onderzeeër naar de grootste zee op Titan te sturen. genaamd Kraken Mare, van de naam van een Scandinavisch zeemonster en het Latijnse woord voor 'zee', beslaat de buitenaardse zee 155.000 vierkante mijl (400.000 vierkante kilometer) van het oppervlak van de maan. (De op een na grootste zee op de Titan, ongeveer een kwart zo groot als Kraken, is Ligeia Mare, genoemd naar een van de monsterlijke sirenes uit de Griekse mythologie.) [Zie foto's van Titan's Oceans]

Deze duiken zouden een aantal vragen kunnen beantwoorden die wetenschappers, tenminste diegene die Titan bestuderen, 's nachts wakker houden. Hoe reageren bijvoorbeeld de koolwaterstofzeeën van Titan op de atmosfeer van de maan, die voor meer dan 98 procent uit stikstof bestaat? Dat wilde Ian Richardson, een ingenieur in materiaalwetenschappen aan de Washington State University, weten. Richardson bouwde de buitenaardse oceaansimulator voor NASA's Titan-onderzeebootproject.

"Anders dan op aarde, lost die stikstof echt aanzienlijk op in die oceanen," vertelde Richardson aan Live Science. "Je kunt 15 of 20 procent opgeloste stikstof krijgen, wat een enorm effect kan hebben op de ballastsystemen en propellers."

Buitenaardse oceanen

Hoewel ingenieurs op aarde koude ethaan- en methaanmengsels in de vorm van vloeibaar aardgas (LNG) hebben bestudeerd, heeft niemand gekeken naar hoe zeeën van dergelijke koolwaterstoffen zich zouden gedragen in een koude, voornamelijk stikstofatmosfeer zoals die op Titan, aldus Richardson.

Om meer te weten te komen over hoe de buitenaardse oceanen van Titan een robotonderzeeër zouden beïnvloeden, bouwde Richardson een kamer onder druk, verpompte deze met stikstofgas en goot er ongeveer 60 kubieke inch (1 liter) vloeibaar ethaan en methaan in, afgekoeld tot minus 300 graden F. Dit gebeurde in een cryogenisch engineeringlaboratorium aan de Washington State University.

Vervolgens dompelde hij een kleine, cilindrische kachel onder in de vloeistof (de 'buitenaardse oceaan'). Richardson varieerde de temperatuur en druk van het model in de oceaan om te zien hoe de hitte van een sub de chemie van Titan's zeeën op verschillende diepten zou beïnvloeden.

Richardson legde uit dat de warmte bellen van opgelost stikstofgas zou veroorzaken in de vloeistof rond de onderzeeër, wat observaties via de ingebouwde camera's moeilijk zou kunnen maken. De stikstofbelletjes kunnen ook voorkomen dat het drijfvermogen en de voortstuwingssystemen van de sub behoorlijk werken, zei hij.

De simulator van Richardson was ook in staat om de chemische samenstelling van de verschillende zeeën van Titan na te bootsen. Alle oceanen van de Aarde zijn gevuld met in wezen hetzelfde zeewater, maar dat is niet het geval voor de zeeën van Titan, onthulde de observaties van de Cassini-sonde. Kraken Mare is bijvoorbeeld rijk aan ethaan, terwijl Ligeia Mare rijk is aan methaan, hoewel wetenschappers niet zeker weten waarom.

Titan Turtle

De experimenten met de buitenaardse oceaan sub aangegeven dat een onderzeeër sonde in staat zou zijn om te gaan met de bellen van stikstof gemaakt door de eigen warmtebron van het ambacht in de ijskoude vloeistof. De ergste omstandigheden, zo bleek uit de experimenten, zijn te vinden op de diepste diepten van Kraken Mare, op minimaal 500 meter onder zeeniveau. [Fantastische foto's: Titan, de grootste maan van Saturnus]

Als de missie wordt goedgekeurd, kan de sonde midden 2030 worden gelanceerd en aan het Saturn-systeem komen in de late 2030 of begin 2040, vertelde een van de projectleiders bij Glenn Research Center van NASA, ruimtevaartingenieur Jason Hartwig, aan Live Science.

In die tijd zou de verre en bevroren maan iets warmer en zonniger moeten zijn dan nu, dankzij het lokale equivalent van de lente op aarde. In die tijd zal het Saturnus-systeem - dat 29 aardse jaren in beslag neemt om één baan te voltooien - iets dichter bij de zon staan, zei Hartwig.

Hartwig's team werkt aan twee verschillende ontwerpen voor de robotsonde: de ene is een smalle robot-onderzeeër van ongeveer 20 voet (6 m) lang die naar boven zou komen om gegevens rechtstreeks terug te sturen naar de aarde. De andere is de Titan Turtle, een autonome bot met ronde dop die met de aarde communiceert via een ruimteschip in een baan om de aarde.

Hoewel de solo-submarinesonde goedkoper zou zijn, zou het Turtle- en Orbiter-ontwerp minder riskant zijn en zou het meer bandbreedte hebben om gegevens naar de aarde te sturen, zei Hartwig.

Het project is onlangs overgestapt van de eerste fase van experimentele financiering onder het NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) -programma. Het gaat nu op weg naar de fase van technologische ontwikkeling, met de eerste tests van sommige systemen gepland voor eind 2018 of begin 2019, zei Hartwig.