Titano potrebbe diventare la prossima meta umana dopo Marte: perché la luna di Saturno è così speciale

Lo Humans to Titan Summit, tenutosi al Southwest Research Institute nella città di Boulder in Colorado lo scorso 11 e 12 giugno, è stata una conferenza scientifica e ingegneristica unica nel suo genere e dedicata a un'idea pionieristica: valutare Titano, la più grande luna di Saturno (e l'unico corpo celeste del sistema solare oltre alla Terra ad avere un'atmosfera densa e fiumi di idrocarburi, come la successiva meta dell'esplorazione spaziale umana dopo Marte. L'obiettivo principale del summit è stato quello definire e  accelerare il passaggio da un'esplorazione puramente robotica di Titano a una futura esplorazione spaziale umana.

L’incontro è stato concepito non per annunciare una data di partenza per una vera e propria missione, ma iniziare a capire se un viaggio verso Titano possa diventare, un giorno, un progetto realistico, vista la sua atmosfera densa e alle risorse che offre. Gli esperti hanno chiarito che per inviare equipaggi umani verso il sistema di Saturno si avranno bisogno di capacità ingegneristiche e tecnologiche che richiederanno decenni di sviluppo, trattandosi di un ambiente molto diverso da quello lunare e marziano.

Saturno e Titano inoltre si trovano a circa 1400 milioni di chilometri dal Sole, circa 10 volte la distanza della Terra dal centro solare. Titano però rappresenta uno dei luoghi più particolari dell'intero Sistema Solare, tanto da essere ormai considerato uno dei candidati più promettenti per la ricerca di forme di vita semplici extraterrestri.

Titano è un mondo più simile alla Terra di quanto sembri

Come si può immaginare dalla remota distanza dal Sole, la temperatura media di Titano è molto bassa, circa -180 °C. Orbita intorno a Saturno a una distanza di circa 1 milione di chilometri con un periodo di 15 giorni. È una luna relativamente grande, la seconda del sistema solare, con un diametro di 2500 km. A differenza della Luna e dello stesso Marte, Titano possiede una densa atmosfera, composta prevalentemente da azoto e metano.

Inoltre la sua superficie non è rocciosa, come quella marziana, ma è composta da ghiaccio d’acqua ricoperto da materiali organici congelati, con laghi e mari di idrocarburi liquidi. La sua superficie è modellata da un processo idrogeologico simile a quello terrestre anche se al posto dell'acqua scorrono metano ed etano liquidi e provenienti dalle piogge generate dalle nubi di metano gassoso che condensano in alta atmosfera.

Insomma, la particolarità di Titano infatti è proprio data dalla  sua atmosfera e dalla sua crosta superficiale: l’azoto è infatti abbondantemente presente anche sulla Terra e la presenza di metano e altri idrocarburi, insieme ad un guscio di acqua ghiacciata, crea il mix perfetto di elementi per poter diventare il più remoto habitat umano nel sistema solare.

Quali sono le sfide e le tecnologie da sviluppare per un viaggio su Titano?

I temi principali che si sono discussi durante il summit hanno trattato principalmente di tematiche riguardanti le tecnologie che dovranno essere sviluppate. La distanza dalla Terra rende qualsiasi missione estremamente complessa, sia dal punto di vista tecnico sia da quello economico.

Per le future missioni umane verso Titano i sistemi di propulsione chimica tradizionali risultano inadeguati: con un razzo come Starship di SpaceX il viaggio di sola andata durerebbe dai 7 ai 9 anni richiedendo inoltre un’enorme quantità di propellente. Alla NASA stanno già da tempo progettando un nuovo tipo di sistema propulsivo per missioni umane basato sulla Propulsione Nucleare Elettrica (o NEP, dall’inglese Nuclear Electric Propulsion). La NEP sfrutta un reattore a fissione per per alimentare dei propulsori a ioni, dove un gas nobile (come lo xeno) viene ionizzato ed espulso fuori ad altissima velocità tramite campi elettromagnetici.

La NEP potrebbe ridurre la durata del viaggio a 1-2 anni ed è attualmente in fase di realizzazione per una imminente missione verso Marte. La NASA ha infatti fissato per dicembre 2028 il lancio della Space Reactor-1 (SR-1) Freedom, la prima navicella spaziale interplanetaria al mondo alimentata da un reattore nucleare. La missione dimostrerà l'efficacia della propulsione elettrica nucleare utilizzando un piccolo reattore a fissione da 20 kilowatt che impiegherà uranio come combustibile di fissione.

Ridurre la durata del viaggio significa inoltre diminuire l’esposizione degli astronauti alla radiazione durante il loro soggiorno nella loro astronave. Le radiazioni che accumulerebbero gli astronauti in un viaggio verso Saturno sono infatti una delle maggiori sfide che dovranno essere affrontate con nuove soluzioni tecnologiche. L'equipaggio verrebbe esposto a due fonti principali di radiazioni cosmiche: raggi cosmici galattici (GCR), particelle composte da nuclei atomici ionizzati ad altissima energia provenienti dallo spazio profondo e le particelle solari energetiche (SEP), ovvero emissioni improvvise di particelle causate dalle tempeste solari che rilasciano principalmente protoni.

Un viaggio umano richiederà quindi l'impiego di tecnologie avanzate per schermare le radiazioni, utilizzando materiali innovativi ad alto contenuto di idrogeno (come polimeri o acqua, ideali per la riduzione della radiazioni) per proteggere gli ambienti abitativi l'astronave.

Un ulteriore elemento fondamentale sarebbe la disponibilità di energia. Su Titano la luce del Sole arriva molto più debole rispetto alla Terra, rendendo meno efficace l'utilizzo dei normali pannelli solari. Per questo motivo, una futura base potrebbe dover fare affidamento soprattutto su sistemi nucleari in grado di produrre energia in modo continuo e affidabile.

Titano però possiede ampie riserve di idrocarburi, soprattutto metano, nei suoi laghi e mari. Gli scienziati stanno quindi studiando il concetto di utilizzo delle risorse locali, noto come ISRU (In-Situ Resource Utilization). Per poter usare il metano come carburante direttamente su Titano, gli astronauti potrebbero produrre l’ossigeno in loco estraendolo dal ghiaccio d'acqua che costituisce la crosta esterna e solida della superficie di Titano, attraverso un processo di elettrolisi. Metano e ossigeno potrebbero quindi venire usati come risorse per la produzione di energia elettrica per le basi umane e per la produzione di plastiche e altri materiali di costruzione.

Un drone per mappare e analizzare la superficie di Titano

Prima ancora degli astronauti, sarà un piccolo esploratore robotico ad esplorare dettagliatamente la superficie di Titano. Saturno e le sue lune erano già state esplorate dalle sonde Voyager e Pioneer 11 a cavallo tra gli anni 70 e 80, che inviarono a Terra le prime immagini ravvicinate del sistema planetario. Nel 2004 invece fu lanciata la prima missione specifica per esplorare il gigante gassoso e la sua luna più dettagliatamente. Grazie alla missione Cassini-Huygens, giunta a destinazione tredici anni dopo il lancio, fu possibile la scoperta dei laghi di metano di Titano, in particolare grazie alla sonda Huygens che atterrò letteralmente sulla superficie della Luna.

Alla NASA è in fase di ultimazione la prossima missione robotica verso Titano che avrà come obiettivo la deposizione di un drone sulla sua superficie della luna. Si tratta di Dragonfly, il drone nucleare della NASA progettato per sorvolare la superficie di Titano e studiare l’atmosfera, composizione chimica e caratteristiche geologiche. Il lancio è pianificato per il 2028 (con arrivo nel 2034) e sfrutterà la bassa gravità e la fitta atmosfera di Titano per volare tra le dense nubi di metano e azoto. Dragonfly sarà dotato di quattro rotori in grado di farlo decollare e spostarsi in aria, alimentate ovviamente da un piccolo generatore nucleare.

La sonda analizzerà i complessi composti organici a base di carbonio presenti sulle dune e sul ghiaccio della luna. Uno degli obiettivi fondamentali della missione infatti sarà ricercare firme chimiche e biologiche lasciate sia da un'ipotetica vita basata sull'acqua (simile a quella terrestre), sia da forme di vita esotiche che potrebbero utilizzare il metano liquido come solvente al posto dell'acqua.

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