right|thumb|300px|Réplica de la sonda Huygens expuesta en el Salón Europeo de la Investigación, junio de 2005. La sonda Huygens, fabricada por la Agencia Espacial Europea (ESA) y llamada así por el astrónomo holandés del siglo XVII Christiaan Huygens (descubridor de la luna Titán del planeta Saturno), es una sonda de entrada a la atmósfera de Titán transportada como parte de la misión Cassini-Huygens. La nave espacial Cassini-Huygens fue lanzada desde la Tierra el 15 de octubre de 1997. Huygens se separó del orbitador Cassini el 25 de diciembre de 2004, y aterrizó en Titán el 14 de enero de 2005 cerca de la región de Xanadu.
Descripción
thumb|200px|right|Imagen de la superficie de Titán captada por la sonda al aterrizar.La sonda Huygens fue concebida para explorar las nubes, la atmósfera y la superficie de Titán, la mayor luna de Saturno penetrando en la atmósfera de Titán y, llevando un laboratorio robotizado a la superficie. Cuando se planeó la misión, se desconocía el tipo de superficie que Titán podía tener. En los meses previos al aterrizaje de la sonda se confiaba en que el análisis de los datos de Cassini ayudaría a responder esta cuestión. La mayor de las incertidumbres iniciales era saber si la sonda se posaría sobre terreno sólido o sobre la superficie de un lago o mar de hidrocarburos.
Basándose en las imágenes tomadas por Cassini, a unos 1200km de distancia de Titán, el sitio de aterrizaje aparentaba ser una costa. Asumiendo que el sitio de aterrizaje no sería sólido, la sonda Huygens fue diseñada para sobrevivir varios minutos al impacto con la superficie líquida y enviar información acerca de las condiciones encontradas. Se esperaba que fuese la primera vez que una sonda humana amerizase en un océano no terrestre. La sonda disponía tan sólo de unas tres horas de energía en sus baterías de las cuales una mayoría se gastaría durante el descenso. Los ingenieros esperaban obtener como máximo 30minutos de datos desde la superficie.
La sonda Huygens consiste en la sonda en sí misma, que descendió sobre Titán, y el 'Equipo de Soporte de la Sonda' (PSE), que permanece anclado a la sonda orbital (Cassini). El PSE incluye la electrónica necesaria para seguir a la sonda, recuperar los datos adquiridos durante el descenso, y procesar y enviar los datos al orbitador, desde donde fueron transmitidos a tierra.
La sonda permaneció dormida durante el viaje interplanetario de 6,7años, excepto por chequeos bianuales cuyos resultados se transmitían hasta la Tierra para su análisis por los expertos de sistemas y carga útil de la ESA.
Antes de la separación de la sonda del orbitador, el 25 de diciembre de 2004 se ejecutó un chequeo final de 'salud'. Un temporizador fue cargado con el período necesario para encender los sistemas de la sonda (15minutos antes de su encuentro con la atmósfera de Titán) y entonces la sonda se desacopló del orbitador y navegó por el espacio hasta Titán durante 22días, con los sistemas apagados excepto el temporizador para 'despertar'.
250px|thumb|left|Imagen de la superficie de Titán tomada por la sonda a una altura de 16kmLa fase principal de la misión consistió en descenso en paracaídas a través de la atmósfera de Titán. Las baterías y todos los recursos fueron dimensionados para una duración estimada de 153minutos, correspondientes a un tiempo de descenso máximo de 2,5horas más 3minutos adicionales (posiblemente media hora o más) en la superficie de Titán. En enlace de radio con la sonda fue activado al principio de la fase de descenso, y el orbitador escuchó a la sonda durante las siguientes 3horas. Poco después del fin de esta ventana de comunicación de 3horas, la Antena de Alta Ganancia (HGA) de Cassini fue reorientada de Titán hacia la Tierra.
Grandes telescopios de la Tierra estaban también escuchando la transmisión de 10W de Huygens usando una técnica de 'interferometría de muy amplia base' y modo de apertura de síntesis. A las 11:25 CET del 14 de enero, el telescopio Robert C. Byrd Green Bank (GBT) en Virginia detectaba la señal portadora de la sonda. El GBT continuó detectando la señal mucho después de que Cassini dejase de escuchar. Además del GBT, otros ocho de los diez telescopios VLBA también estaban escuchando la señal de la Huygens.
La intensidad de la señal de Huygens recibida en la Tierra fue comparable a la de la sonda Galileo tal como fue recibida por la red Very Large Array.
Se esperaba que el análisis de desplazamiento Doppler de la señal según descendía en la atmósfera de Titán permitiría calcular la intensidad del viento y su dirección con cierta precisión. A través de la interferometría, la posición del punto de aterrizaje se determinó con precisión (En Titán 1km por 1km mide 1,3' de latitud y longitud en el ecuador) a partir de los datos Doppler, a una distancia de la Tierra de unos 1200millones de kilómetros. Esto es una resolución angular de aproximadamente 170segundos de arco. La sonda aterrizó sobre la superficie a 10.573°S, 192.335°O. Una técnica similar fue utilizada para determinar el punto de aterrizaje de los vehículos de exploración en Marte, analizando su telemetría.
Investigación
El lugar de aterrizaje de la sonda Huygens, bautizado como Hubert Curien Memorial Station en memoria de Hubert Curien (primer presidente de la Agencia Espacial Europea), se hallaba en una región conocida como Adiri —visible desde la sonda Cassini como una zona oscura. Análisis preliminares apuntaban a que dicho lugar era un océano líquido, aunque hoy se sabe que la sonda aterrizó en esa zona oscura y que en realidad es sólida, no existiendo tal océano.
Los instrumentos revelaron "una nube densa o una niebla gruesa aproximadamente a 18-20km de la superficie", que es probablemente el fondo del metano que está sobre la superficie. Las fotografías han revelado un terreno esponjoso.
Huygens también ha captado sonidos durante más de dos horas y media en el satélite.
Conclusiones de los descubrimientos de Huygens tras aterrizar en Titán:
Titán contiene océanos, lagos y ríos de metano líquido y éstos son alimentados por lluvias, también de metano líquido y fragmentos orgánicos. Estas lluvias y evaporaciones de metano cubren el cuerpo celeste de una tenue niebla. Estas superficies de metano incluyen entre ellas islas y zonas de profundidad. El metano erosiona el paisaje como en la Tierra y luego se filtra.
La superficie sólida de Titán es naranja, esponjosa, muy fría y con algunas rocas dispersas sobre ella. Se ha dicho que debe imaginarse como un desierto parecido al de Arizona. La superficie misma parece consistir en un material arcilloso; los científicos la compararon con yogur.
Pudo haber algo parecido a actividad volcánica en el pasado, solo que en lugar de lava las erupciones habrían sido de hielo y amoníaco.
En el cuerpo celeste se pueden detectar vientos que van en la dirección en la que rota el satélite, siendo en la superficie entre los 60 y 100km/h de velocidad.
El satélite se encuentra a una temperatura de -180Cº.
En Titán hay actividad geológica interna.
En el satélite se pueden encontrar pedruscos de hielo.
Instrumentación miniaturadeimagen|Un trabajador en la Instalación de Servicio de Carga Peligrosa (PHSF) se encuentra detrás del lado inferior de la plataforma experimental de Huygens. La sonda Huygens tiene seis complejos instrumentos a bordo que tomaron un amplio rango de datos científicos después de que la sonda descendió en la atmósfera de Titán. Los seis instrumentos son:
Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI) Este instrumento contiene un conjunto de sensores que medirán las propiedades eléctricas y físicas de la atmósfera de Titan. Unos acelerómetros medirán las fuerzas experimentadas en los tres ejes durante el descenso a través de la atmósfera. Dado que se conocen las propiedades aerodinámicas de la sonda, será posible determinar la densidad de la atmósfera de Titán y detectar corrientes de aire. Si se aterriza en una superficie líquida, también se podrían medir el movimiento de la sonda debido a las olas. Sensores de presión y temperatura medirán las propiedades térmicas de la atmósfera. El componente de Permitividad y el Componente de Análisis de Onda medirán la conductividad de la atmósfera y buscarán actividad de ondas electromagnéticas. En la superficie de Titán, también se medirán la conductividad y la permitividad. El subsitema HASI también contiene un micrófono que grabará sonidos durante el descenso y aterrizaje. Si la misión Huygens tiene éxito, será la segunda vez en la historia (una nave Venera 13 fue la primera) que se graben sonidos de otro planeta.
Doppler Wind Experiment (DWE)
Este experimento usa un ultra estable oscilador para mejorar la comunicación con la sonda dando una frecuencia muy estable a la portadora. El desplazamiento de la sonda debido a los vientos en la atmósfera de Titan producirá un desplazamiento doppler medible de la señal portadora. Desafortunadamente, los investigadores no recibieron los datos de este instrumento por causa de un error de programación que resultó en la pérdida de uno de los canales de datos. Este fallo también resultó en la pérdida de la mitad de las imágenes del descenso. Sin embargo, el análisis de las señales de 10vatios recibidas en la tierra por una red mundial de radiotelescopios debe permitirnos deducir la mayor parte de la información que hubiera proveído el DWE. Las medidas comenzaron a 150km sobre la superficie de Titán, donde fue volado Huygens hacia el este a más de 400km/h, de acuerdo con las primeras mediciones de los vientos en altitud de 200kilómetros, realizados en los últimos años con los telescopios. Entre 60 y 80km, la Huygens fue azotada por la rápida fluctuación de los vientos, que se cree que son cizalladuras verticales del viento. A nivel del suelo, la de la Tierra basada en el efecto Doppler y mediciones basadas en el VLBI muestran vientos suaves de unos pocos metros por segundo, casi en línea con las expectativas.
Descent Imager/Spectral Radiometer (DISR)
Este instrumento realizará observaciones espectrales usando diversos sensores. Midiendo el flujo de radiación hacia arriba y abajo, se medirá el balance de radiación (o el imbalance) de la gruesa atmósfera de Titán. Sensores solares medirán la intensidad de luz alrededor del Sol debido a la dispersión por aerosoles en la atmósfera. Esto permitirá el cálculo del tamaño y la densidad de las partículas en suspensión. Dos cámaras (una visible, otra infrarroja), observarán la superficie durante las últimas fases del descenso, y dado que la sonda girará lentamente, construirán un mosaico de fotografías alrededor del sitio de aterrizaje. También se tomarán imágenes laterales para obtener una vista horizontal del horizonte y el lado inferior de la capa de nubes. Para las medidas espectrales de la superficie, una lámpara que se encenderá brevemente antes del aterrizaje aumentará la débil luz solar.
Gas Chromatograph Mass Spectrometer (GC/MS)
Este instrumento es un versátil analizador químico de gases diseñado para identificar y medir compuestos químicos en la atmósfera de Titán. Está equipado con muestreadores que se llenarán a una gran altitud para su análisis. El espectrómetro de masas construirá un modelo de las masas moleculares de cada gas, y una más potente separación de especies moleculares se logrará con el cromatrografo de gases. Durante el descenso, el GCMS analizará también productos de pirólisis (es decir, muestras alteradas por calentamiento) recolectadas por el Aerosol Collector Pyrolyser. Finalmente, el GCMS medirá la composición de la superficie de Titán si se da un aterrizaje seguro. Esta investigación es posible al calentar el GCMS justo antes del impacto para vaporizar el material de la superficie después del impacto. El GC / MS fue desarrollado por el Goddard Space Flight Center y la Universidad de Física Espacial de Michigan del Laboratorio de Investigación.
Aerosol Collector and Pyrolyser (ACP)