Em 12 de novembro de 1980, a Voyager 1 passou a 6.490 km do centro de Titã, cerca de 3.900 km acima da superfície oculta da lua. A espaçonave voou atrás de Titã vista da Terra e do Sol, enviando ondas de rádio através da atmosfera enquanto seus instrumentos observavam a luz solar filtrada através do mesmo véu.
O encontro estabeleceu que a maior lua de Saturno carrega uma atmosfera densa e fria dominada por nitrogênio. Também completou uma escolha feita na trajetória da Voyager 1 alguns anos antes. A passagem próxima de Titã e a assistência gravitacional de Saturno enviaram a espaçonave para o norte do planeta, um amplo plano onde os planetas orbitam.
A Voyager 1 não possuía motores capazes de desfazer essa curva. Sua viagem planetária terminou. A Voyager 2, lançada em uma rota que preservou um exoplaneta próximo aos planetas, se tornaria a espaçonave enviada a Urano e Netuno.
A atmosfera de Titã foi detectada antes da Voyager
O sobrevôo não descobriu que Titã tem atmosfera. Em 1944, o astrônomo Gerard Kuiper detectou metano no espectro da lua, mostrando que ela estava cercada por um envelope gasoso. A Pioneer 11 retornou mais observações durante o seu distante encontro com Saturno em 1979.
A profundidade e os principais componentes da atmosfera ainda estavam instáveis. Alguns modelos dão a Titã uma atmosfera de metano relativamente fina. Outros propuseram uma atmosfera muito mais densa dominada por um gás difícil de detectar na Terra. O nitrogênio molecular não se apresenta com fortes propriedades de absorção visível e infravermelha que tornam o metano fácil de detectar.
Essa incerteza fez de Titã um alvo prioritário para a Voyager. Foi a única lua que possuía uma atmosfera substancial e um encontro próximo poderia combinar imagens, espectroscopia e ocultação. Os resultados dependerão de voar através de um corredor bem definido, em vez de realizar quaisquer observações disponíveis durante passagens distantes.
As câmeras retornaram um globo laranja opaco. A superfície de Titã foi completamente obscurecida pela neblina fotoquímica, com camadas isoladas estendendo-se centenas de quilómetros acima da atmosfera central. As imagens mais próximas não revelaram crateras, montanhas ou oceanos.
Eles não divulgaram a extensão da interrupção. Titã não estava coberto por uma nuvem fina que imagens nítidas pudessem penetrar. Sua atmosfera era profunda, quimicamente complexa e densa o suficiente para abrigar um mundo maior que Mercúrio.
A atmosfera foi medida por sinais invisíveis
As medições de pressão e temperatura mais precisas da Voyager vêm da ocultação de rádio. À medida que a sonda passa por trás de Titã, continua a transmitir sinais coerentes em dois comprimentos de onda de rádio. A atmosfera dobra, atrasa e enfraquece a antena antes que ela chegue à Terra.
Os pesquisadores podem trabalhar retroativamente a partir das mudanças para reconstruir como a densidade, a pressão e a temperatura do gás mudam com a altitude. O método resultou em danos temporários e deformação de um link de comunicação em uma varredura vertical que não continha ar.
Gunnar Lindahl e colegas publicaram uma análise detalhada 1983 Ícaro papel. Eles calcularam uma temperatura de superfície de 94,0 mais ou menos 0,7 Kelvin e uma pressão de 1.496 mais ou menos 20 milibares. A pressão de Titã ao nível do solo era cerca de uma vez e meia a pressão média da Terra ao nível do mar.
Os instrumentos ultravioleta e infravermelho da Voyager detectaram metano, cianeto de hidrogênio e vários hidrocarbonetos. O peso molecular médio atmosférico foi em torno de 28, indicando o nitrogênio molecular como o gás dominante. História das missões da NASA Descreva o resultado como uma atmosfera com cerca de 90% de nitrogênio.
Tenha uma qualificação útil. A Voyager apresentou fortes argumentos indiretos para a predominância do nitrogênio, mas não carregou um espectrômetro de massa para a baixa atmosfera de Titã. A ESA é creditada com a origem da sonda Huygens em 2005 com a primeira detecção direta e medições de abundância de nitrogênio atmosférico a granel.
Uma assistência gravitacional aumenta a velocidade, não apenas a velocidade
A frase “assistência por gravidade” geralmente sugere uma espaçonave recebendo um simples empurrão para frente. Um efeito mais importante é a mudança na direção de sua velocidade. Uma espaçonave cai em direção a um mundo em movimento, gira em torno dele e se move em um caminho girado pelo encontro. A partir do referencial do Sol, sua velocidade também pode mudar.
O tamanho e a direção da curva dependem do caminho de entrada, da direção do alvo utilizado e da distância mais próxima. Isso torna cada encontro parte da navegação para o próximo. Uma ligeira mudança num planeta pode determinar se uma nave espacial se encontrará ou perderá um mundo anos mais tarde.
A geometria Titã da Voyager 1 tinha várias demandas científicas. A espaçonave deve ir atrás da Lua para chegar perto dela e ser visível tanto da Terra quanto do Sol, criando ocultações solares e de rádio. Esta rota leva a Voyager abaixo da região polar sul de Saturno antes que a gravidade de Saturno a curve para o norte.
Urano e Netuno viajam perto dos planetas. A Voyager 1 estava agora se afastando dele e não ultrapassava mais as posições necessárias para encontrar o próximo planeta. Seus propulsores de hidrazina poderiam orientar a espaçonave e fazer pequenas correções de curso, mas não poderiam fazer as enormes mudanças de velocidade necessárias para reverter a geometria do sobrevoo.
Os resultados foram permanentes em termos de missões reais. Não foi um erro de navegação ou uma surpresa descoberta após a chegada da informação. O retorno científico de Titã e a conclusão da órbita planetária da Voyager 1 estavam ligados ao plano.
Os dois viajantes compartilharam o risco
No final da década de 1970, um arranjo raro dos planetas exteriores permitiu que uma nave espacial se movesse de um mundo para outro usando a assistência contínua da gravidade. A missão principal oficial da Voyager da NASA, no entanto, cobriu Júpiter e Saturno. Continuar para Urano e Netuno requer saúde da espaçonave, finanças operacionais e aprovação posterior.
Os dois lançadores armazenaram opções diferentes. A Voyager 1 fez uma rota mais rápida Júpiter-Saturno-Titã. Mais tarde, a Voyager 2 alcançou os planetas em uma trajetória que poderia permanecer perto da eclíptica depois de Saturno e seguir em direção aos gigantes gelados.
Este arranjo também serviu ao propósito do Titã. Se a Voyager 1 falhar antes de devolver os dados atmosféricos necessários, os planeadores da missão podem redireccionar a Voyager 2 para um encontro mais próximo com Titã. Isso custaria à Voyager 2 caminhos favoráveis para Urano e Netuno.
A Voyager 1 foi bem-sucedida, portanto nenhum backup foi necessário. A Voyager 2 fez apenas uma passagem distante por Titã em agosto de 1981 e foi autorizada a continuar. Alcançou Urano em janeiro de 1986 e Netuno em agosto de 1989, tornando-se a única espaçonave a visitar um planeta.
A narrativa geral de que a Voyager 1 trocou Urano e Netuno por Titã, portanto, restringe a decisão em nível de programa a uma espaçonave. A rota de Titã descartou esses planetas para a Voyager 1. O projeto da missão já havia atribuído inicialmente a opção do gigante de gelo ao seu gêmeo, caso o primeiro encontro fosse bem-sucedido.
Não foi possível ver o chão de perto
As câmeras da Voyager 1 viram mais atmosfera do que terreno. O resultado foi inicialmente decepcionante, pois a neblina obliterou todas as características visíveis da superfície. No entanto, a feitiçaria e o espectro mudaram a narrativa básica do Titã.
As medições de rádio também corrigiram o tamanho da Lua. A hipótese terrestre incluía uma atmosfera opaca, contribuindo para a crença de que Titã era a maior lua do Sistema Solar. A Voyager mediu um diâmetro sólido de cerca de 5.150 km, deixando Ganimedes de Júpiter um pouco maior.
A combinação de nitrogênio, metano e moléculas orgânicas complexas faz de Titã um laboratório natural para a química atmosférica de um mundo frio. A temperatura superficial de 94 Kelvin e a pressão considerável também permitiram uma discussão séria sobre hidrocarbonetos líquidos sob a névoa, embora a Voyager não tenha fornecido quaisquer imagens diretas de lagos ou oceanos.
Essas perguntas sem resposta moldaram a Cassini-Huygens. A Cassini entrou na órbita de Saturno em 2004 e usou repetidamente radar e comprimentos de onda infravermelhos para mapear Titã através de sua neblina. A sonda Huygens da ESA desceu à superfície em 14 de Janeiro de 2005, recolhendo amostras directamente da atmosfera e devolvendo as primeiras imagens abaixo do manto laranja. Mais tarde, a Cassini confirmou lagos e oceanos de metano e etano líquidos.
O plano do planeta perdido tornou-se uma rota interestelar
A saída da Voyager 1 da eclíptica encerrou o seu encontro imediato, não a sua ciência. O mesmo caminho para o norte passou pela heliosfera externa. Em 25 de agosto de 2012, atravessou a heliopausa, onde o vento solar exterior dá lugar ao meio interestelar.
O próprio Titã não acelerou a Voyager 1 o suficiente para escapar do Sistema Solar. A espaçonave já estava em trajetória de fuga solar após encontrar seu planeta gigante. Titã e Saturno fixaram essa direção de partida.
A escolha da missão é, portanto, mais deliberada do que trágica. A Voyager 1 estava comprometida com um experimento atmosférico íntimo que não poderia ser realizado remotamente. A Voyager 2 segue o caminho mais plano. Uma espaçonave lançou mais planetas para medir Titã com precisão, enquanto outra completou a única busca dos quatro planetas gigantes já sobrevoados.
