Rendering artistico del sottomarino robotizzato della Nasa progettato per esplorare i mari di metano ed etano di Titano. Il sottomarino potrebbe arrivare sulla luna di Saturno attorno al 2040 per esplorare il bacino più grande della luna, Kraken Mare. Crediti: Nasa/Niac
Ricordate il futuristico sottomarino robotico da inviare su Titano che gli ingegneri della Nasa progettano e sognano di costruire ormai da tempo? Magari la realtà sta per superare la fantasia, grazie a un recente esperimento realizzato da un gruppo di ricercatori della Washington State University. Tuffarsi in un bacino di metano ed etano liquidi (chiamato Kraken Mare) alla non molto piacevole temperatura di -184 gradi è di sicuro una delle sfide più insidiose da affrontare, quando si pensa all’esplorazione della luna più grande attorno a Saturno. È necessario effettuare numerosi test ed esperimenti qui sulla Terra, prima di partire realmente (fra circa 20 anni) per questa missione avveniristica.
Per comprendere al meglio il funzionamento, i pro e i contro, di un sottomarino extraterrestre, un gruppo di ricercatori ha deciso di ricreare in laboratorio un ipotetico oceano di idrocarburi su Titano. I risultati dei loro test sono stati pubblicati sulla rivista Fluid Phase Equilibria.
Da anni, ormai, Titano è uno dei target preferiti di astronomi e astrofisici perché molto simile alla Terra. Non sono molti gli oggetti nel Sistema solare in grado di vantare la presenza di liquidi sulla superficie (oceani, fiumi e pioggia), solo che lì al posto dell’acqua ci sono idrocarburi. Questo oggetto celeste, distante da noi quasi un miliardo e mezzo di chilometri, potrebbe racchiudere segreti importanti per il futuro dell’esplorazione spaziale, e in molti ritengono che lo studio approfondito degli immensi oceani tossici sia la via da seguire. Saturno e le sue tante lune sono state osservate in lungo e in largo dalla compianta sonda Cassini, ma gli oceani di Titano sono ancora un vero e proprio mistero.
Riflessi di luce solare al largo dei mari di Titano. Crediti: Nasa / Jpl / Univ. Arizona / Univ. Idaho
Il sottomarino della Nasa dovrebbe arrivare attorno al 2040 e si muoverà sotto e sopra gli oceani di Titano in totale autonomia, studiando atmosfera e condizioni marine. Chiaramente acqua e metano/etano sono due liquidi completamente diversi in densità e proprietà, e la concentrazione di metano ed etano può variare drasticamente di zona in zona.
Il campo di ricerca è innovativo e si procede per tentativi. Ian Richardson, ex dottorando alla School of Mechanical and Materials Engineering, ha deciso di provarci, e ha avuto la possibilità di sperimentare le capacità di questo sottomarino in un laboratorio criogenico della Washington State University pensato per studiare diversi materiali a freddissime temperature. L’idea di Richardson è stata brillante: sfruttare il laboratorio per ricreare l’atmosfera di Titano e collaudare il funzionamento di un dispositivo terrestre in condizioni estreme. Durante un periodo di lavoro presso il Glenn Research Center della Nasa, Richardson ha capito come affrontare i problemi tecnici del sottomarino: «È un esperimento pazzo e non ho mai pensato che avrei avuto questa opportunità. È stata una sfida di design sperimentale molto divertente e impegnativa».
Il diagramma che mostra il funzionamento dell’esperimento. Crediti: Washington State University
I ricercatori hanno costruito una vasca al cui interno hanno versato un particolare composto liquido a bassissime temperature, la perfetta imitazione degli idrocarburi su Titano. Hanno poi inserito una cartuccia cilindrica riscaldante che simula approssimativamente il calore che produrrebbe un sottomarino. Tra i misteri da capire in merito all’oceano su Titano ci sono le famose “bollicine“: in passato, alcuni ricercatori della Nasa hanno dimostrato che laghi e mari potrebbero occasionalmente trasformarsi in sterminate distese di liquido effervescente. Aggiungendo un sottomarino alimentato da un motore che produce calore nel liquido molto freddo di Titano, si formerebbero bolle d’azoto. Dov’è il problema? Una quantità eccessiva di bolle renderebbe difficile la navigazione, oltre che la ricerca scientifica in situ.
Altri quesiti sono sorti in merito all’eventualità di filmare il test. Richardson e il suo gruppo hanno sfruttato un boroscopio, cioè un dispositivo ottico utilizzato – in genere – quando l’area da osservare è quasi totalmente inaccessibile, e che può resistere alle estreme temperature e all’alta pressione del finto liquido oceanico di Titano. Dato che non parliamo propriamente di «condizioni amichevoli, bisogna essere creativi», ha commentato ironicamente il ricercatore.
Oltre ad aver studiato la pioggia e la neve di idrocarburi, il team ha determinato che, a causa di una piccola quantità di azoto nel liquido, i laghi su Titano gelano a temperature più basse di quanto ci si aspetterebbe: attorno ai -198 gradi. Cosa vuol dire? «Che non dobbiamo preoccuparci di eventuali iceberg», ha spiegato Richardson.
Per saperne di più:
- Leggi su Fluid Phase Equilibria l’articolo “Experimental PρT-x measurements of liquid methane-ethane-nitrogen mixtures”, di I.A. Richardson, J. W. W. Hartwig e J. W. Leachman
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