Trước năm 2005, Titan vẫn là một thế giới ẩn mình trong màn sương mù bí ẩn, khiến việc quan sát trực tiếp trở nên cực kỳ khó khăn. Tuy nhiên, mọi thứ đã thay đổi khi tàu thăm dò Huygens, một phần của sứ mệnh Cassini-Huygens, chính thức hạ cánh xuống Titan vào ngày 14 tháng 1 năm 2005. Đây là lần đầu tiên con người có được những hình ảnh cận cảnh và dữ liệu trực tiếp về bề mặt của mặt trăng này, mở ra một kỷ nguyên mới trong việc khám phá Titan.
Huygens là một phần quan trọng trong sứ mệnh Cassini-Huygens, một dự án hợp tác giữa NASA và Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA). Tàu vũ trụ Cassini được phóng lên vào năm 1997 và sau hành trình kéo dài gần bảy năm, nó đến được Sao Thổ vào năm 2004. Vào ngày 25 tháng 12 năm 2004, tàu thăm dò Huygens tách khỏi Cassini và bắt đầu hành trình riêng về phía Titan. Sau 20 ngày trôi dạt trong không gian, Huygens chính thức đi vào bầu khí quyển của Titan vào ngày 14 tháng 1 năm 2005, trở thành tàu thăm dò đầu tiên hạ cánh trên một mặt trăng xa xôi của Hệ Mặt Trời . Khi tiến vào khí quyển, tàu thăm dò đã ghi lại những hình ảnh chưa từng có, cung cấp cái nhìn chân thực đầu tiên về Titan.
Những hình ảnh đầu tiên do Huygens gửi về cho thấy bề mặt của Titan không hề đơn điệu mà có sự đa dạng đáng kinh ngạc. Từ độ cao khoảng 40 km, camera của Huygens đã truyền về hình ảnh rõ ràng, tiết lộ một cảnh quan có nhiều đặc điểm gợi nhớ đến Trái Đất. Các vùng sáng tối xen kẽ nhau, trong đó có những khu vực trông giống như lòng sông cổ xưa hay bề mặt trơn tru như những vùng hồ đã cạn. Một trong những phát hiện nổi bật nhất là sự tồn tại của các kênh tối cắt ngang qua địa hình sáng hơn, cho thấy rằng một loại chất lỏng – có thể là khí mêtan hoặc etan – đã từng chảy qua đó. Đây là một phát hiện mang tính bước ngoặt, vì nó cung cấp bằng chứng đầu tiên về sự tồn tại của quá trình xói mòn do chất lỏng trên một thiên thể ngoài Trái Đất.
Khác với Trái Đất, nơi chu trình thủy văn xoay quanh nước, trên Titan, khí mêtan và etan đóng vai trò tương tự. Các nhà khoa học từ lâu đã nghi ngờ rằng Titan có hệ thống thời tiết hoạt động, và những hình ảnh của Huygens đã củng cố giả thuyết này. Các bằng chứng về xói mòn và sự tồn tại của các kênh sông cho thấy Titan có thể có lượng mưa và dòng chảy bề mặt, nhưng thay vì nước, các dòng chảy trên Titan là hỗn hợp khí mêtan và etan lỏng. Điều này khiến Titan trở thành vật thể duy nhất ngoài Trái Đất được biết đến trong hệ Mặt Trời có chất lỏng ổn định trên bề mặt (sau đó, NASA đã xác nhận rằng Sao Diêm Vương cũng có thể có các hồ nitơ lỏng).
Khi Huygens tiếp tục hạ độ cao, các chi tiết về bề mặt của Titan ngày càng trở nên rõ ràng hơn. Cuối cùng, khi chạm đất, tàu thăm dò đã gửi về hình ảnh về một vùng đồng bằng lởm chởm, rải rác với các vật thể nhỏ, tròn mà các nhà khoa học cho rằng đó có thể là những tảng đá băng. Những “tảng đá” này có vẻ đã bị mài mòn theo thời gian, có thể do tác động của chất lỏng, cho thấy bề mặt của Titan có thể đã trải qua những quá trình địa chất tương tự như trên Trái Đất. Một điểm thú vị khác là mặt đất có vẻ là hỗn hợp của vật liệu rắn và mềm, khiến các nhà khoa học suy đoán rằng Titan có thể được bao phủ bởi một lớp hydrocacbon lỏng mỏng.
Một phát hiện bất ngờ khác từ sứ mệnh Huygens là về bầu khí quyển của Titan. Trước đây, các nhà khoa học dự đoán rằng các lớp khí quyển thấp hơn của Titan sẽ khá trong suốt, nhưng thực tế lại khác hoàn toàn. Huygens phát hiện ra rằng sương mù trên Titan kéo dài đến tận bề mặt, khiến tầm nhìn trên mặt trăng này trở nên rất hạn chế. Bầu khí quyển này chủ yếu bao gồm nitơ và nhiều hợp chất hữu cơ phức tạp. Điều đáng chú ý là đây là một trong những bầu khí quyển giống Trái Đất nhất từng được phát hiện trong hệ Mặt Trời , mặc dù Titan lạnh hơn rất nhiều và thời tiết của nó xoay quanh khí mêtan thay vì nước.
Những hình ảnh và dữ liệu do Huygens thu thập, kết hợp với các quan sát sau đó của tàu Cassini, đã giúp vẽ nên một bức tranh toàn cảnh về Titan. Chúng xác nhận rằng mặt trăng này có hồ và biển khí mêtan và etan lỏng, có mưa và hệ thống thời tiết hoạt động, và có thể có các chu kỳ hóa học tương tự như những gì đã từng xảy ra trên Trái Đất sơ khai. Những phát hiện này đã biến Titan trở thành một trong những địa điểm hấp dẫn nhất trong hệ Mặt Trời để nghiên cứu về khả năng tồn tại của sự sống ngoài Trái Đất.
Mặc dù Huygens chỉ hoạt động trên bề mặt Titan trong vài giờ, nhưng những dữ liệu mà nó gửi về đã có giá trị to lớn. Trong những năm sau đó, tàu Cassini tiếp tục thực hiện nhiều lần bay ngang qua Titan, sử dụng radar và máy quang phổ để lập bản đồ chi tiết bề mặt và nghiên cứu thành phần khí quyển. Những quan sát này đã cung cấp thêm nhiều thông tin quan trọng, giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về địa chất, khí hậu và các quá trình diễn ra trên Titan.
Sự kết hợp giữa Huygens và Cassini đã giúp con người khám phá ra rằng Titan là một thế giới năng động với các quá trình địa chất và khí hậu phức tạp. Nó có mưa khí mêtan, các dòng sông và hồ khí mêtan lỏng, cùng những hệ thống địa chất tương tác với khí quyển theo cách tương tự như Trái Đất, nhưng với các thành phần hoàn toàn khác biệt. Những phát hiện này đã mở đường cho các sứ mệnh trong tương lai, trong đó đáng chú ý nhất là dự án Dragonfly của NASA – một tàu cánh quạt dự kiến sẽ khám phá Titan vào những năm 2030. Dragonfly sẽ tiếp tục công việc mà Huygens đã khởi đầu, tiến hành các nghiên cứu chi tiết hơn về thành phần hóa học của Titan và khả năng tồn tại của sự sống trong môi trường khắc nghiệt này.
Với tất cả những gì đã được khám phá, Titan không chỉ là một mặt trăng xa xôi của Sao Thổ, mà còn là một thế giới đầy tiềm năng, nơi có thể lưu giữ những bí mật quan trọng về sự hình thành và tiến hóa của hệ Mặt Trời . Những gì chúng ta biết về Titan ngày nay chỉ là khởi đầu, và những sứ mệnh trong tương lai hứa hẹn sẽ tiếp tục làm sáng tỏ những bí ẩn về thiên thể kỳ lạ này.
