قمر تایتان زحل، به دلیل گرانش کم و اتمسفر غلیظ خود، شرایطی منحصر به فرد را برای پرواز فراهم میکند، به طوری که حتی پرواز با نیروی انسانی نیز در این دنیا دور از ذهن نیست. این ویژگیها همچنین فرود فضاپیماها را در مقایسه با سایر نقاط منظومه شمسی، آسانتر میسازد.
برخلاف مریخ که اتمسفر آن برای کاهش سرعت فضاپیماها کافی نیست و باعث گرمای خطرناک میشود، یا ماه که فاقد اتمسفر است، و یا زهره با اتمسفر و گرمای بیش از حد، تایتان ترکیبی از هوای غلیظ، گرانش کم و دمای بسیار پایین را ارائه میدهد. این شرایط به فضاپیمای Dragonfly ناسا stay easily aloft and fly farther with little energy کمک میکند تا به راحتی پرواز کند و ایده پرواز با نیروی انسانی را نیز قابل تصور میسازد.
با این حال، دمای سطح تایتان حدود ۱۷۹- درجه سانتیگراد است که به طور قابل توجهی سردتر از پایینترین دمای ثبت شده در قطب جنوب Earth’s lowest recorded surface air temperature میباشد. این سرما، با وجود مساعدت اتمسفر برای پرواز، برای هر چیزی که دمای بالایی داشته باشد، بیرحم است.
چرا پرواز در تایتان آسان است؟
پرواز در اساس تعادلی بین نیروی بالابری و وزن است. اتمسفر غلیظ تایتان، فضای بیشتری را برای بالها، پرهها یا چترها فراهم میکند تا نیروی لازم را ایجاد کنند، در حالی که گرانش کم آن، وزن اجسام را کاهش میدهد. فشار اتمسفر در سطح تایتان about 60 percent greater than Earth’s است که حدوداً معادل فشار در عمق ۱۵ متری اقیانوس زمین است. این قمر تنها قمر منظومه شمسی با اتمسفر غلیظ است و گرانش آن به اندازهای کم است که وسایل پرنده میتوانند از هوا به جای مقابله با آن بهره ببرند.
این ترکیب فیزیکی باعث شده است که انجمن سیارهای strap wings onto a spacesuit, flap, run and take off بیان کند که انسان میتواند با نیروی خود در آسمان تایتان پرواز کند. البته جزئیات عملی این امر نیازمند لباسهای فضایی با عایقبندی، اکسیژن، سیستم کنترل دما و فشار است که بر جرم و آیرودینامیک تأثیر میگذارد. با این حال، فیزیک زیربنایی آن واقعی است؛ در مقایسه با زمین، بالها در تایتان هوای بیشتری برای فشار دادن دارند و گرانش کشش کمتری اعمال میکند. این امر تایتان را به یک آزمایشگاه طبیعی برای پرواز انسانی تبدیل کرده است.
حتی راه رفتن در تایتان نیز متفاوت خواهد بود. وزن انسان تنها کسری از وزن زمینی او خواهد بود، در حالی که در اتمسفری قابل توجه قرار دارد. پریدن، سر خوردن و سقوط آهسته به حرکات عادی تبدیل خواهند شد.
همین فیزیک به فرود فضاپیماها نیز کمک میکند
ویژگی منحصر به فرد تایتان این است که این مزایا فقط برای بالهای خیالی نیست، بلکه برای فضاپیماها نیز کاربرد دارد. فرود بر روی یک جرم آسمانی معمولاً مبارزه با سرعت است. هوای غلیظ تایتان با ایجاد پسا، سرعت فضاپیما را کاهش میدهد و گرانش کم، فرود را کشیده و نیروی رو به پایین را کم میکند. این دو مزیت به طور همزمان در اختیار طراحان ماموریت قرار میگیرد.
طبق خلاصههای فنی ناسا، اتمسفر غلیظ، مقیاس ارتفاع جوی بزرگ و گرانش کم تایتان امکان slow-paced entry and descent sequence lasting more than 100 minutes را فراهم میکند که در تضاد با توالیهای فرود کوتاه و پرشتاب در مریخ است. با این حال، فرود در تایتان آسان نیست؛ اتمسفر مهآلود، بادها، سرمای شدید و تأخیرهای ارتباطی چالشهایی هستند. اما در مقایسه با دنیاهایی با اتمسفر رقیق، تایتان به فضاپیما زمان بیشتری برای کاهش سرعت میدهد و فرود را به یک فرآیند آیرودینامیکی طولانی تبدیل میکند.
کاوشگر Huygens در سال ۲۰۰۵ این موضوع را اثبات کرد. این کاوشگر که توسط مدارگرد کاسینی ناسا به زحل برده شده بود، پس از دو ساعت و ۲۷ دقیقه پرواز با چتر در اتمسفر تایتان، با سرعتی حدود ۱۵ فوت بر ثانیه فرود آمد 2.5 hours and landed at about 15 feet per second و دادهها و تصاویر سطح را بازگرداند. این فرود نرم، با وجود اینکه با یک هواپیمای بالدار نبود، اما نشاندهنده توانایی اتمسفر تایتان در کاهش تدریجی سرعت بود.
دنیایی که پذیرای فرود است
اتمسفر تایتان به دلیل گرانش ضعیف، تا ارتفاعات زیادی امتداد دارد و منطقهای عمودی طولانی برای ایجاد پسا فراهم میکند. این اتمسفر گسترده به فرودگرها زمان میدهد تا چترها را باز کنند، گرما را دفع کنند، هوا را نمونهبرداری کنند و سیستمهای ناوبری مراحل مختلف را طی کنند. این امر باعث شده است که مفاهیم ماموریتهای هوایی متعددی مانند بالونها، هواپیماها، بالگردها و چترهای هدایتشونده برای تایتان مطرح شوند. اتمسفر غلیظ و گرانش کم، guided parachutes or parafoils attractive for large diverts at comparatively low cost را جذاب میکند، به طوری که چترها میتوانند به جای ترمز، ابزاری برای هدایت عمل کنند.
ماموریت Dragonfly این ایده را فراتر میبرد؛ این بالگرد نه تنها برای فرود، بلکه برای استفاده از هوای تایتان به عنوان وسیله حمل و نقل طراحی شده است تا در میان تپهها و دهانههای برخوردی پرواز کند و به بررسی شیمیایی که ممکن است شبیه شیمی پیش از حیات در زمین اولیه باشد، بپردازد. چنین ماموریتی در بیشتر دنیاهای جامد غیرممکن است؛ در ماه، پرهها چیزی برای فشار دادن ندارند و در مریخ، بالگردهای اینجنویتی با پرههای بزرگ و سرعت بالا در هوای رقیق پرواز کردند. اما تایتان مکانی نادر است که اتمسفر آن نه تنها پرواز را ممکن میسازد، بلکه آن را تشویق میکند.
سرما همه چیز را دگرگون میکند
دمای ۱۷۹- درجه سانتیگراد باعث میشود یخ آب در تایتان مانند سنگ رفتار کند. متان و اتان که در زمین گاز هستند، در تایتان به صورت مایع وجود دارند و دریاچهها، رودخانهها و باران را تشکیل میدهند. منظره تایتان دارای آب و هوا، رودخانه و سواحل است، اما سیال کاری آن آب نیست، بلکه هیدروکربن است.
به همین دلیل، تایتان هم آشنا و هم غیرممکن به نظر میرسد. دارای ابرها، تپهها، دریاچهها و باران است، اما شیمی آن در دمایی فراتر از تجربه انسانی قرار دارد. انسانها برای تحمل این محیط به سیستم پشتیبانی حیات نیاز دارند که سردتر از سردترین نقطه ثبت شده در زمین باشد.
همین امر برای ماشینها نیز صادق است؛ الکترونیک، روانکنندهها، باتریها، درزگیرها و قطعات متحرک باید در دنیایی زنده بمانند که گرما در آن ارزشمند است و اتمسفر اطراف به سرعت آن را از بین میبرد. فرود ممکن است نرم باشد، اما سطح آن مهماننواز نیست. این پارادوکس تایتان است: یکی از آسانترین دنیاها برای حرکت آیرودینامیکی و یکی از سختترین دنیاها برای تحمل حرارتی. این قمر شما را در مسیر فرود محافظت میکند، اما تقریباً هر چیزی را که با خود میبرید، منجمد میکند.
آسمانی که قوانین را تغییر میدهد
تایتان نشان میدهد که کلمه «خصمانه» چقدر میتواند گمراهکننده باشد. یک دنیا میتواند از جهتی خصمانه و از جهتی دیگر مفید باشد. حفظ دمای بدن در مریخ آسانتر از تایتان است، اما کاهش سرعت در اتمسفر آن بسیار دشوارتر است. ماه نزدیک است، اما هوایی برای پرواز یا چتر ندارد. زهره اتمسفر فراوان دارد، اما گرمای سطح و فشار آن ویرانگر است.
تعادل تایتان منحصر به فرد است: به اندازهای سرد که دریاهای متان را حفظ کند، به اندازهای عظیم که اتمسفر نیتروژنی غلیظ را نگه دارد، و به اندازهای سبک که گرانش آن به سختی در مقیاس زمین کشش دارد. این ترکیب، پرواز با نیروی انسانی را به یک امکان فیزیکی واقعی و فرود فضاپیما را به طور غیرمعمولی قابل تحمل میسازد.
تصویر رویایی، انسانی است که زیر آسمانی نارنجی سر میخورد. نسخه مهندسی، بالگرد Dragonfly است که با استفاده از پرهها بر روی تپههای بیگانه میپرد. نسخه تاریخی، Huygens است که ساعتها از میان مه عبور کرد تا بر روی ماه دیگری فرود آید. همه اینها بیانگر یک واقعیت هستند: در تایتان، آسمان مانند آسمان زمین رفتار نمیکند و گرانش آنچه را که گرانش زمین میطلبد، تحمیل نمیکند. هوا غلیظ است، کشش ضعیف است و پرواز آسانتر از آن است که باید باشد. تنها سرما، این فانتزی را واقعبینانه نگه میدارد.
