하위헌스 호 타이탄 착륙 10주년.

 

10년 전, 지구에서 출발한 탐사선이 불확실한 운명을 품고 다른 행성이 거느린 위성의 연무 속으로 하강해내려갔다.

두 시간 이상에 걸친 안정적인 하강 이후 이 탐사선은 얼음 자갈이 가득차 있는 혹한의 범람원에 내려앉았다.

이로서 하위헌스 호는 인류가 외행성계의 위성에 착륙시킨 최초의 탐사선이라는 업적을 이룩하였다.

 

하위헌스 호는 토성의 가장 거대한 위성인 타이탄에 무사히 착륙했다.

 

이 용감한 탐사선은 하강과 착륙과정을 견뎌냈을뿐만 아니라, 타이탄의 가혹한 환경에서 배터리가 고갈될때까지 한 시간 이상 데이터를 송출하였다.
이러한 역사적인 성과가 있은 후 전세계의 과학자들은 하위헌스 호가 보내온 데이터를 근거로 많은 연구를 할 수 있었다.

 

지난 10년동안 카시니호와 하위헌스 호가 보내온 데이터에서 지구와 닮은 이 놀라운 세상에 대한 많은 세부 내역이 밝혀졌다.
이러한 위대한 업적을 달성하는데는 첨단 기술뿐 아니라 국제적 협력 역시 핵심적인 사항이었다.

 

NASA 제트추진 연구소의 카시니 프로젝트 매니저인 얼 메이즈(Earl Maize)는 도전적인 규모로 시행된 이 미션은 국제 협력의 승리를 나타내는 것이라고 평가했다.
메이즈의 소감은 다음과 같다.
"1982년 타이탄 탐사 계획이 처음 시작되고나서 23년이 지나 하위헌스 호의 성공적인 착륙이 있은 후, 그리고 지금까지, 카시니-하위헌스 프로젝트의 성공 요인 중 상당 부분은 10여개 이상 국가간의 협력이 빚어낸 엄청난 시너지 효과에 기인하고 있습니다.
이러한 협력은 지금도 여전히 토성계의 탐사를 계속하고 있는 카시니호의 운영에 가장 중요한 강점이기도 하죠."
 

하위헌스 호와 관련된 최상의 사진들은 다음의 링크를 통해 확인할 수 있다.
http://saturn.jpl.nasa.gov/news/cassinifeatures/huygens10

 

또한 하위헌스의 최고 발견 항목은 다음 ESA 사이트에서 확인할 수 있다.
http://sci.esa.int/huygens-titan-science-highlights

 

카시니 호 미션은 2017년 9월까지 계속될 예정이다.
 

 

Image credit: NASA/JPL-Caltech

그림 1> 하위헌스호가 타이탄에 착륙한 이후 10여년 동안 타이탄에 대한 과학적 성과들이 순조롭게 쌓여가고 있다.

 

10년동안 밝혀진 타이탄의 비밀

 

십년전까지 타이탄은 연무에 감춰져 있는 세계였다.
NASA의 카시니 호와 ESA의 하위헌스 탐사선에 의해 이룩한 발견은 이 독특한 세계에 대한 탐사 자료를 과학자들에게 제공해줌으로써, '외계 지구'로서의 타이탄의 많은 비밀을 밝혀주었다.

 

타이탄에 대한 새로운 발견으로는 다음과 같은 사항을 들 수 있다.

 

1. 호수와 바다

타이탄은 액체 메탄과 에탄으로 구성된 호수와 바다를 가지고 있다.
이러한 탄화수소바다는 타이탄 대기의 구름으로부터 메탄과 에탄이 비처럼 내리면서 보충되는 것으로 생각된다.
타이탄은 태양계에서 지구 이외에 전 표면에서 액체의 순환구조를 갖춘 유일한 천체이다.

 

2. 활동적인 기상 및 지표 프로세스
타이탄의 표면에는 메탄비가 내린다.
지구의 구름과 똑같이 타이탄의 구름은 지표에서 상승한 메탄 수증기의 증발과 응결에 의해 형성되고 비가 되어 다시 지표로 내려온다.
하위헌스의 데이터는 타이탄 대류권에 층층이 메탄 구름이 형성되어 있음을 알려주고 있으며 그 고도는 8킬로미터에서 30킬로미터까지이다.
타이탄의 수문학적 주기는 타이탄 표면에 가시적인 변화를 만들어내는 원인이 되고 있다.

 

3. 유기 모래 바다

타이탄의 어두운 적도 지역에서는 지구의 아라비아 사막과 같은 사구의 바다가 관측된다.
과학자들은 이 모래가 지구와 같이 규소로 만들어진 것은 아니며, 탄화수소에 둘러싸인 얼음이 타이탄 대기로부터 내려앉은 것이라고 추측하고 있다.

카시니호가 촬영한 자료들에 의하면 타이탄의 사구들은 거대한 규모를 가지고 있는데, 너비는 평균 1~2킬로미터이며 길이는 수백킬로미터에 걸쳐 뻗어있고, 그 높이는 평균 100미터인 것으로 알려져 있다.
하위헌스 호는 착륙지점으로부터 북쪽으로 30킬로미터 지역에 세로로 길게 뻗은 두 개의 검은 모래 언덕이 탐지되면서 부드러운 강둑 모래밭에 착륙한 것임이 확정되었다.
카시니호가 레이더로 촬영한 영상과 하위헌스호가 촬영한 영상을 통해 이곳의 흐릿한 풍경을 볼 수 있다.

 

4. 외계 바다의 깊이를 처음으로 측정함
타이탄에서 두번째로 큰 바다인 리지아 해의 깊이가 170미터임이 밝혀졌다.
이는 다른 천체의 표면을 덮고 있는 액체의 깊이를 측정한 첫 사례이다.
이러한 측정이 가능했던 이유는 부분적으로 액체가 순수한 메탄으로 주로 구성되었기 때문이다.
이러한 이유로 레이더 투과가 쉽게 이뤄질 수 있었다.

 

5. 강줄기와 얼음 자갈
하위헌스호가 하강 중에 촬영한 자료들을 통해 타이탄에 강줄기와 범람원이 있음을 알 수 있었다.
하위헌스 호의 카메라는 수많은 검은 강줄기가 가로지르고 있는 고원을 보여주었는데, 배수유역으로서 형성된 이러한 지형은 지구에서 형성되는 것과 상당한 유사성을 갖고 있다.

폭이 좁은 강줄기들은 폭이 넓고, 지대가 낮은 지역으로 모여들어 보다 폭이 넓은 강을 형성하게 된다.
또한 지구 강줄기에 들어찬 바위와 같은, 얼음으로 구성된 바위들이 하위헌스 호의 착륙지점에서 관측되었다.
카시니호로부터 관측된 레이더 자료들은 홍수가 발생하여 타이탄의 강바닥을 깍아내면서 보다 높은 지대의 얼음 기반암으로부터 쓸려내려온 얼음을 둥글둥글한 외형의 자갈로 만들고 있음을 알려주었다.

 

6. 독립적으로 존재하는 연무층의 붕괴
타이탄의 무거운 대기는 광화학적 스모그의 두꺼운 층들로 둘러싸여 있다.
불연속적으로 존재하는 이 층들 중 하나가 2006년에서 2010년 사이 고도 500킬로미터에서 380킬로미터로 내려앉았다.
이러한 고도의 변화는 타이탄의 스모그 층들이 한 쌍의 계절적 변화 주기를 가지고 있음을 암시한다.

 

7. 프로필렌을 포함하여 대기상에 풍부하게 존재하는 화학물질들
하위헌스는 타이탄의 저고도 대기에 대해 직접 측정을 이뤄낸 최초의 우주선이다.
하위헌스호로부터 전송된 데이터는 고도에 따른 가스상 구성성분, 동위원소 비율과 유기화합물을 비롯한 미량가스들의 특성을 알려주고 있다.

하위헌스호는 또한 대기상의 분무형태로 떠다니는 물질들을 채취하여 이것의 주요 구성성분이 탄소와 질소임을 확증해주었다.
카시니호는 집에서 일반적으로 사용되는 플라스틱의 재료인 프로필렌을 타이탄의 대기에서 탐지해냈다.
이는 지구를 제외한 위성이나 행성에서 플라스틱 재료의 존재가 처음으로 명확하게 증명된 사례이다.
또한 관측을 통해 밝혀진 여러 화학물질들은 메탄과 질소로부터 생성되는 풍부하고 다양한 화학적 조성들이 존재함을 알려주었고 이들이 서로 어울려 보다 복잡한 분자를 띠고 있으며

결국 이 물질들이 타이탄 주변을 감싼 스모그를 만들어냄을 알려주었다.

 

8. 대기상의 아르곤-40 동위원소
하위헌스 호가 탐지해낸 아르곤-40은 아르곤 원소의 동위원소로서, 타이탄의 내부가 여전히 활동성을 갖추고 있음을 알려주는 증거가 된다.
이는 독특한 사례이기도 하고, 타이탄의 액체 표면 아래의 모습을 알려준 첫번째 단서이기도 하다.

타이탄 표면에 자리잡고 있는 하위헌스 호의 존재는 이러한 물질들을 탐사해내는데 기본 조건을 충족하는 것으로서 이는 대기의 가장 아랫부분이 대기가 가장 많이 집중되는 곳이기 때문이다.
 

9. 대양 아래에 존재하는 액체상태의 물
카시니호에 의해 수차례 수행된 타이탄의 중력 측정 데이터는 이 달의 내부에 액체 상태의 물 또는 암모니아가 존재하고 있음을 알려주고 있다.
하위헌스 호 또한 하강 중에 특정 라디오파를 탐지해냈는데 이는 타이탄 표면 아래 55에서 85킬로미터 지점에 대양이 존재하고 있음을 강하게 시사하는 데이터이다.
타이탄 전역에 걸친 액체 바다라는 존재는 우리 태양계에서 생명체가 거주할만한 환경을 갖춘 몇 안되는 세계 중의 하나로서 타이탄을 고려하도록 만들어주고 있다.

 

출처 : NASA Solar System Exploration 2015년 1월 14일 News Release
         http://solarsystem.nasa.gov/news/display.cfm?News_ID=48603

    

참고 : 타이탄을 비롯한 토성과 토성의 여러 달에 대한 다양한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.   
           https://big-crunch.tistory.com/12346948

 

 

원문>

NASA and ESA Celebrate 10 Years Since Titan Landing

14 Jan 2015

 

(Source: NASA/JPL)

Ten years ago, an explorer from Earth parachuted into the haze of an alien moon toward an uncertain fate. After a gentle descent lasting more than two hours, it landed with a thud on a frigid floodplain, surrounded by icy cobblestones. With this feat, the Huygens probe accomplished humanity's first landing on a moon in the outer solar system. Huygens was safely on Titan, the largest moon of Saturn.

The hardy probe not only survived the descent and landing, but continued to transmit data for more than an hour on the frigid surface of Titan, until its batteries were drained.

Since that historic moment, scientists from around the world have pored over volumes of data about Titan, sent to Earth by Huygens -- a project of the European Space Agency -- and its mothership, NASA's Cassini spacecraft. In the past 10 years, data from the dynamic spacecraft duo have revealed many details of a surprisingly Earth-like world.

In addition to the technical wizardry needed to pull off this tour de force, international partnerships were critical to successfully delivering the two spacecraft to Saturn and Titan.

"A mission of this ambitious scale represents a triumph in international collaboration," said Earl Maize, Cassini Project manager at NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California.

"From the mission's formal beginning in 1982, to Huygens' spectacular landing 23 years later, to the present day, Cassini-Huygens owes much of its success to the tremendous synergy and cooperation between more than a dozen countries. This teamwork is still a major strength of the project as the Cassini orbiter continues to explore the Saturn system," Maize said.

A gallery of some of the best images related to Huygens is available at:

http://saturn.jpl.nasa.gov/news/cassinifeatures/huygens10

 

A collection of Huygens' top findings is available from the European Space Agency at:

http://sci.esa.int/huygens-titan-science-highlights

 

Cassini's mission is slated to continue through September 2017.

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Science Summary: 10 Years of Unveiling Titan

A decade ago, Titan was known as a hidden, hazy world. Findings made by NASA's Cassini mission and the European Space Agency's Huygens probe have unveiled Titan as an "alien Earth," providing scientists with a unique world to explore.

A sampling of the top discoveries at Titan includes:

Lakes and Seas
Titan is a world with lakes and seas, made up of liquid methane and ethane. It is believed that these bodies of hydrocarbons are replenished by methane and ethane rainfall from clouds in the moon's atmosphere. Titan is the only other place in the solar system known to have an Earth-like cycle of liquids flowing across its surface.

Active Meteorology and Surface Processes
Liquid methane drizzles onto Titan's surface. Just like clouds on Earth, clouds on Titan form through a cycle of evaporation and condensation, with methane vapor rising from the surface, forming clouds and falling back down as precipitation. Huygens data suggest the presence of layered methane clouds in Titan's troposphere, at altitudes between about 5 and 20 miles (8 and 30 kilometers). Titan's "hydrological" cycle causes visible changes on the moon's surface.

Organic Sand Seas
Seas of sand dunes, like those in Earth's Arabian desert, are observed in the dark equatorial regions of Titan. Scientists believe the sand is not made of silicates as on Earth, but of solid water ice coated with hydrocarbons that fall from the atmosphere. Images show Titan's dunes are gigantic, reaching, on average, 0.6 to 1.2 miles (1 to 2 kilometers) wide, hundreds of miles (kilometers) long and around 300 feet (100 meters) high.

The location of the Huygens probe's resting place, a soft, sandy riverbed, was only confirmed after some time by the detection of two dark, longitudinal sand dunes, about 20 miles (30 kilometers) north of the landing site. The elusive landforms were visible in images from both Cassini radar and the probe.

First Determination of Depth for an Extraterrestrial Sea
Ligeia Mare, Titan's second-largest sea, was revealed to be about 560 feet (170 meters) deep. This represents the first time scientists have been able to determine the depth of a body of open liquid on the surface of another world. This was possible, in part, because the liquid turned out to be mostly clear methane, allowing the radar signal to pass through it easily.

River Channels and Ice Cobbles
Images taken during the Huygens probe's descent revealed river channels and flood plains. The probe's cameras unveiled a plateau with a large number of dark channels cut into it, forming drainage networks that bore many similarities to those on Earth. The narrow channels converged into broad rivers, which drained into a broad, dark, lowland region. Earth-like river rocks, composed of water ice, were also observed at the Huygens probe landing site. Radar evidence from Cassini suggests that flash flooding has sculpted streambeds on Titan with these rounded cobbles of water ice, which likely originated in water-ice bedrock in higher terrain.

The Collapse of the Detached Haze
The massive atmosphere of Titan is shrouded in thick layers of photochemical smog. one of the "detached" layers has fallen in altitude from over 310 miles to only 240 miles (about 500 kilometers to only 380 kilometers) between 2006 and 2010. The changing altitudes indicate that Titan's smog layers are coupled to a seasonal climate cycle.

Rich Chemistry in the Atmosphere, including Propylene
The Huygens probe made the first direct measurements of Titan's lower atmosphere. Data returned by the probe included altitude profiles of the gaseous constituents, isotopic ratios and trace gases (including organic compounds). Huygens also directly sampled aerosols in the atmosphere and confirmed that carbon and nitrogen are their major constituents. Cassini detected propylene, a chemical used to make household plastic, in Titan's atmosphere. This is the first definitive detection of the plastic ingredients on any moon or planet, other than Earth. Other chemicals observed indicate a rich and complex chemistry originating from methane and nitrogen and evolving into complex molecules, eventually forming the smog that surrounds the icy moon.

Argon-40 Isotope in the Atmosphere
Huygens' detection of Argon-40, an isotope or type of the element argon, in Titan's atmosphere indicates that the interior of Titan is still active. This is unusual in a moon and one of the first clues of subsurface liquid water on Titan. The presence of the Huygens probe on Titan's surface was essential in detecting this substance, as it is mostly concentrated toward the bottom of the atmosphere (due to its relatively heavier weight compared to the lighter molecules comprising the atmosphere).

Liquid Water Subsurface Ocean
Cassini's numerous gravity measurements of Titan revealed that this moon is hiding an internal, liquid water/ammonia ocean underneath its surface. Huygens also detected radio signals during its descent that strongly suggested the presence of an ocean 35 to 50 miles (55 to 80 kilometers) below the moon's surface. The discovery of a global ocean of liquid water adds Titan to the handful of worlds in our solar system that could potentially contain habitable environments.

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The Cassini-Huygens mission is a cooperative project of NASA, the European Space Agency and the Italian Space Agency. NASA's Jet Propulsion Laboratory, a division of the California Institute of Technology in Pasadena, manages the mission for NASA's Science Mission Directorate, Washington. JPL designed, developed and assembled the Cassini orbiter. NASA supplied two instruments on the Huygens probe, the Descent Imager/Spectral Radiometer and the Gas Chromatograph Mass Spectrometer.

More information about Cassini is available at the following sites:

http://www.nasa.gov/cassini

 

http://saturn.jpl.nasa.gov

 

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Preston Dyches
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
818-354-7013
preston.dyches@jpl.nasa.gov

"10 Years of Unveiling Titan" written by Courtney O'Connor

2015-016