Bland vårt solsystems många månar, Saturnus Titan sticker ut - det är den enda månen med en betydande atmosfär och vätska på ytan. Den har till och med ett vädersystem som jordens, fast det regnar metan istället för vatten. Kan det också vara värd för något slags liv?

NASA:s Dragonfly-uppdrag, som kommer att skicka en flyttbar landare till Titans yta i mitten av 2030-talet, kommer att vara det första uppdraget att utforska Titans yta, och den har stora mål.

Den 19 juli, vetenskapsteamet för Dragonfly publicerade "Science Goals and Objectives for the Dragonfly Titan Rotorcraft Relocatable Lander" i The Planetary Science Journal . Tidningens huvudförfattare är Jason Barnes, Dragonfly biträdande huvudutredare och professor i fysik vid University of Idaho.

Målen för Dragonfly inkluderar att söka efter kemiska biosignaturer; undersöker månens aktiva metancykel; och utforska den prebiotiska kemin som för närvarande äger rum i Titans atmosfär och på dess yta.

"Titan representerar en upptäcktsresandes utopi, " sa medförfattaren Alex Hayes, docent i astronomi vid College of Arts and Sciences och en trollslända medutredare. "De vetenskapliga frågorna vi har för Titan är väldigt breda eftersom vi inte vet mycket om vad som faktiskt händer på ytan ännu. För varje fråga vi svarade på under Cassini-uppdragets utforskning av Titan från Saturnus omloppsbana, vi fick 10 nya."

Även om Cassini har kretsat kring Saturnus i 13 år, den tjocka metanatmosfären på Titan gjorde det omöjligt att tillförlitligt identifiera materialen på dess yta. Medan Cassinis radar gjorde det möjligt för forskare att penetrera atmosfären och identifiera jordliknande morfologiska strukturer, inklusive sanddyner, sjöar och berg, uppgifterna kunde inte avslöja deras sammansättning.

"Faktiskt, vid den tidpunkt då Cassini lanserades visste vi inte ens om Titans yta var ett globalt flytande hav av metan och etan, eller en fast yta av vattenis och fasta organiska ämnen, sa Hayes, också chef för Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science och Spacecraft Planetary Image Facility i A&S.

Huygens-sonden, som landade på Titan 2005, designades för att antingen flyta i ett metan/etanhav eller landa på en hård yta. Dess vetenskapliga experiment var övervägande atmosfäriska, eftersom de inte var säkra på att den skulle överleva landningen. Dragonfly kommer att vara det första uppdraget att utforska Titans yta och identifiera den detaljerade sammansättningen av dess organiskt rika yta.

"Det som är så spännande för mig är att vi har gjort förutsägelser om vad som händer i lokal skala på ytan och hur Titan fungerar som ett system, "Hayes sa, "och Dragonflys bilder och mätningar kommer att berätta för oss hur rätt eller fel de är."

Hayes har arbetat på Titan under nästan hela sin karriär. Han är särskilt angelägen om att svara på några av de frågor som Cassini ställer inom området för hans specialitet:planetära ytprocesser och växelverkan mellan yt-atmosfär.

"Mina primära vetenskapsintressen är att förstå Titan som en komplex jordliknande värld och att försöka förstå de processer som driver dess utveckling, ", sa han. "Det handlar om allt från metancykelns interaktioner med ytan och atmosfären, till ledning av material genom hela ytan och potentiellt utbyte med inredningen."

Hayes kommer att bidra med betydande expertis inom ett annat område också:operativ erfarenhet från Mars roveruppdrag.

"The Dragonfly-uppdraget drar nytta av och representerar skärningspunkten mellan Cornells betydande historia med roveroperationer och Cassini-vetenskap, "Sade Hayes. "Det förenar de två sakerna genom att utforska Titan med ett flyttbart rörligt farkost."

Cornell-astronomer är för närvarande involverade i Mars Science Laboratory och Mars 2020-uppdrag, och ledde Mars Exploration Rovers-uppdraget. Lärdomarna från dessa rovers på Mars håller på att flyttas till Titan, sa Hayes.

Dragonfly kommer att tillbringa en hel Titan-dag (motsvarande 16 jorddagar) på en plats för att utföra vetenskapliga experiment och observationer, och sedan flyga till en ny plats. Forskarteamet kommer att behöva fatta beslut om vad rymdfarkosten kommer att göra härnäst baserat på lärdomar från den tidigare platsen - "vilket är exakt vad Mars rovers har gjort i decennier, " sa Hayes.

Titan's low gravity (around one-seventh of Earth's) and thick atmosphere (four times denser than Earth's) make it an ideal place for an aerial vehicle. Its relatively quiet atmosphere, with lighter winds than Earth, make it even better. And while the science team doesn't expect rain during Dragonfly's flights, Hayes noted that no one really knows the local-scale weather patterns on Titan—yet.

Many of the science questions outlined in the group's paper address prebiotic chemistry, an area that keenly interests Hayes. Many of the prebiotic chemical compounds that formed on early Earth are also formed in Titan's atmosphere, and Hayes is eager to see how far down the road of prebiotic chemistry Titan has really gone. Titan's atmosphere might be a good analogue for what happened on early Earth.

Dragonfly's search for chemical biosignatures will also be wide-ranging. In addition to examining Titan's habitability in general, they'll be investigating potential chemical biosignatures, past or present, from both water-based life to that which might use liquid hydrocarbons as a solvent, such as within its lakes, seas or aquifers.