Geología de Tritón

Estructura geológica y composición de Tritón

Imagen de la Voyager 2 de una sección del inusual terreno de Tritón, con forma de melón, cortada transversalmente por Slidr Sulci y Tano Sulci

La geología de Tritón abarca las características físicas de la superficie, la estructura interna y la historia geológica de Tritón , la luna más grande de Neptuno . Con una densidad media de2,061 g/cm ³ , ^[1] Tritón tiene aproximadamente entre un 15 y un 35 % de hielo de agua en masa; Tritón es un cuerpo diferenciado, con una corteza sólida helada sobre un probable océano subterráneo y un núcleo rocoso. Como resultado, la geología de la superficie de Tritón está impulsada en gran medida por la dinámica del hielo de agua y otros volátiles como el nitrógeno y el metano. La geología de Tritón es vigorosa y ha estado y continúa estando influenciada por su inusual historia de captura, el alto calor interno y su atmósfera delgada pero significativa .

Casi nada se sabía de la geología de Tritón hasta que la sonda espacial Voyager 2 sobrevoló el sistema de Neptuno en 1989, marcando las primeras y únicas observaciones cercanas de la luna hasta 2024. Se han hecho varias propuestas para dar seguimiento a los descubrimientos de la Voyager 2 , como Trident y Triton Hopper . ^{[2] [3]}

Historia geológica

La órbita retrógrada y altamente inclinada de Tritón alrededor de Neptuno sugiere que es probable que Tritón sea un planeta enano capturado del cinturón de Kuiper , posiblemente capturado por Neptuno durante una era temprana de migración de planetas gigantes . ^[4] Tras la captura, Tritón probablemente habría tenido una órbita altamente excéntrica alrededor de Neptuno, lo que indujo un calentamiento de marea extremo en el interior de Tritón. Este calentamiento de marea probablemente habría derretido por completo a Tritón, diferenciándolo rápidamente. ^[5] A medida que la órbita de Tritón se hizo circular debido a la amortiguación de las mareas, el calentamiento de marea por excentricidad desapareció. ^[a] Sin embargo, los valores de flujo de calor calculados para la superficie de Tritón superan con creces lo que el calentamiento radiogénico por sí solo podría producir, lo que requiere alguna fuente de calor externa adicional. ^[12] Tritón puede estar experimentando actualmente un calentamiento de marea a través de mareas oblicuas, lo que proporciona calor adecuado junto con el calor generado por la desintegración radiactiva en su núcleo para mantener un océano subterráneo en la actualidad. ^{[13] [12]}

Superficie

Mapa geológico del hemisferio de encuentro de Tritón

La superficie de Tritón es una de las más jóvenes del Sistema Solar, con una edad superficial promedio estimada de 10 a 100 millones de años, y es probable que algunas regiones sean incluso más jóvenes. ^[14] La superficie de Tritón también es inusualmente reflectante, con un albedo de Bond de 0,76. ^{[6] [b]} Esto apunta a una larga historia de vigorosa actividad geológica que renueva continuamente su superficie. Aunque se espera que la corteza de Tritón esté compuesta principalmente de hielo de agua, aproximadamente el 55% de la superficie de Tritón está cubierta de hielo de nitrógeno , con otro 10-20% cubierto por hielo de dióxido de carbono . ^[16] La superficie de Tritón es bastante plana, su topografía nunca varía en más de un kilómetro; ^[17] Calculando a partir de la relajación de las características de la superficie de Tritón, el flujo de calor superficial de Tritón es del orden de 10-100 mW/m ² , ^{[18] [12]} comparable al flujo de calor superficial estimado de Europa de ~50 mW/m ² . ^[19]

• 
  Mapa de Tritón en color mejorado. Las áreas negras representan regiones que no fueron cartografiadas por la Voyager 2

Casquetes polares

En el momento del encuentro de la sonda Voyager 2 , gran parte de las regiones meridionales de Tritón estaban cubiertas por un casquete polar altamente reflectante de nitrógeno congelado que se deposita por su atmósfera. El nitrógeno en los casquetes polares de Tritón puede mantenerse especialmente brillante por cambios de fase regulares entre las fases α y β del nitrógeno sólido , fracturando el nitrógeno y aumentando su reflectividad. Aunque no se ha observado directamente, se espera que exista un casquete polar norte. Es posible que se deposite una capa transparente más delgada de nitrógeno estacional en las latitudes más bajas de Tritón, que aún no se haya fracturado por el cambio de fase estacional. ^[20] Los modelos de los ciclos estacionales de Tritón respaldan la existencia de un casquete polar norte permanente con un espesor de al menos varios cientos de metros, y que es probable que el casquete polar sur de Tritón tenga más de un kilómetro de espesor en su máximo. La topografía no parece controlar fuertemente la extensión de la distribución volátil de Tritón (en fuerte contraste con la capa de hielo Sputnik Planitia de Plutón ). Sin embargo, la extensión de los casquetes polares de Tritón puede verse significativamente influenciada por el flujo de calor interno del interior de Tritón, ya que flujos de calor mayores inducen una mayor asimetría en la extensión de los casquetes polares. ^[21]

Entre 1977 y el paso de la Voyager 2 en 1989, Tritón pasó de un color rojizo, similar al de Plutón, a un tono mucho más pálido, lo que sugiere que heladas de nitrógeno más claras habían cubierto material rojizo más antiguo. ^[17] La ​​erupción de volátiles del ecuador de Tritón y su posterior migración y deposición a los polos pueden redistribuir suficiente masa durante 10.000 años para provocar un desplazamiento polar . ^[22]

Columnas polares del sur

Rayas de penacho en el casquete polar sur de Tritón

El casquete polar sur de Tritón está marcado por numerosas vetas de material oscuro que trazan la dirección de los vientos predominantes. ^[23] La Voyager 2 observó cuatro columnas activas que se extendían 8 km de altura y expulsaban entre 10 y 400 kg/s de material , dos de las cuales fueron designadas como columnas Hili y Mahilani. ^{[24] : 196  [25]} Cada erupción de un géiser de Tritón puede durar hasta un año, impulsada por la sublimación de unos 100 millones de m3 ⁽ 3500 millones de pies cúbicos) de hielo de nitrógeno durante este intervalo; el polvo dentro del material erupcionado puede depositarse a más de 150 km a sotavento de la columna en vetas oscuras. ^{[23] Las imágenes} de la Voyager 2 del hemisferio sur de Tritón muestran muchas de estas vetas de material oscuro. ^[26] Aunque a menudo se los describe como géiseres, el mecanismo impulsor de las columnas sigue siendo objeto de debate y puede dividirse en términos generales entre modelos exógenos (similares a géiseres) y endógenos ( criovolcánicos ). ^[27]

El modelo de calentamiento solar se centra en la observación de que los géiseres visibles estaban situados entre 50° y 57°S; en el momento del paso de la Voyager 2 , Tritón estaba cerca del pico de su verano austral. Esto sugiere que el calentamiento solar, aunque muy débil a la gran distancia de Tritón del Sol, puede desempeñar un papel crucial en la alimentación de las columnas. Se cree que gran parte de la superficie de Tritón consiste en una capa translúcida de nitrógeno congelado que recubre un sustrato más oscuro, lo que podría crear una especie de " efecto invernadero sólido ". A medida que la radiación solar penetra en la capa translúcida, calienta el sustrato más oscuro, sublimando el nitrógeno congelado en un gas. Una vez que se acumula suficiente presión de gas, la corteza translúcida se rompe y la columna estalla. ^{[17] [28]} Un aumento de temperatura de solo 4  K por encima de la temperatura ambiente de la superficie de 37 K podría provocar erupciones a las alturas observadas. ^[23]

Los modelos criovolcánicos y subglaciales proponen que el calor interno impulsa las erupciones. Si las columnas son de origen criovolcánico, es posible que estén compuestas principalmente de agua en lugar de nitrógeno sublimado . Los altos niveles de actividad criovolcánica darían lugar a una superficie joven relativamente rica en hielo de agua, así como a una tasa de erupciones independiente de la de las estaciones solares en el polo. Un origen criovolcánico explica mejor la producción estimada de las columnas de Tritón, que posiblemente supere los 400 kilogramos por segundo (880 lb/s). Esto es similar a lo que se estima para las columnas criovolcánicas de Encélado en 200 kg/s (440 lb/s); mucho mayor que los géiseres de Marte, de alrededor de 0,2 kg/s (0,44 lb/s), que se acepta en gran medida que son impulsados ​​por el sol. El principal desafío para el modelo criovolcánico es que las aproximadamente 120 rayas oscuras que se cree que están asociadas con las columnas se encontraron en la capa de hielo del sur. ^[27]

Se propone un modelo de calentamiento basal de la capa de hielo volátil para tener en cuenta tanto el flujo de erupción significativo como la localización en la capa de hielo, con la salvedad de que esta capa debe tener al menos 100 metros (330 pies) de espesor. El calor interno de Tritón impulsa la fusión y la convección y, posiblemente, la fusión localizada dentro del hielo de nitrógeno en el polo. Estos "puntos calientes" en el hielo suben a la superficie o se mueven a los márgenes de la capa de hielo, donde se subliman explosivamente una vez que se libera la presión. ^[27]

Máculas oscuras

Al este de Abatos Planum, bordeando el casquete polar sur de Tritón, se encuentra una secuencia de manchas oscuras de forma irregular, o máculas , rodeadas por un "halo" de material brillante. Las dos máculas oscuras más prominentes son la mácula de Akupara y la mácula de Zin, que tienen aproximadamente 100 km de ancho y tienen halos que se extienden otros 20 a 30 km desde los bordes de sus centros oscuros. ^{[17] [29] : 901} El material oscuro probablemente esté compuesto de materiales orgánicos en forma de tolinas . ^[30]

Terreno de melón

Gran parte de la superficie de Tritón, principalmente en Bubembe Regio, está dominada por un terreno único e inusualmente texturizado llamado informalmente terreno de melón , debido a su parecido con la piel de un melón cantalupo norteamericano . El terreno de melón parece estar dominado por pliegues o fallas que se cruzan, con depresiones ovoides de aproximadamente 30 a 40 km de diámetro. La formación del terreno de melón de Tritón puede haber sido impulsada por diapirismo , aunque otras hipótesis invocan colapso o resurgimiento criovolcánico. En contraste con el terreno brillante y reflectante que cubre la mayor parte de la superficie de Tritón, grandes porciones del terreno de melón están oscurecidas. ^[31] El terreno de melón está casi desprovisto de cráteres, con solo tres cráteres de impacto probables identificados dentro de las regiones del terreno de melón. Dependiendo de la fuente de la craterización en Tritón, esto puede indicar que el terreno de melón tiene menos de 10 millones de años. Sin embargo, el terreno de melón es estratigráficamente más joven que otras características de Tritón, habiendo sido parcialmente inundado por flujos criovolcánicos. ^[14]

Cráteres de impacto

En consonancia con las altas tasas de actividad geológica y de renovación de la superficie de Tritón, se han identificado pocos cráteres de impacto en su superficie. Inusualmente, Tritón experimenta una dicotomía extrema en la distribución de los cráteres: casi todos los cráteres de Tritón están en su hemisferio principal. La causa de tal asimetría no está clara, pero puede provenir de la actividad geológica, la población de impactadores de origen o ambas. Si la formación de cráteres se debe principalmente a objetos heliocéntricos (como cometas ), o bien se han subestimado los cráteres o una gran región de Tritón ha resurgido y borrado los cráteres, lo que da una edad superficial de entre 10 y 100 millones de años. Alternativamente, la formación de cráteres puede deberse a escombros que orbitaron Neptuno, posiblemente a la interrupción de una de sus lunas; en este caso, la edad media de la superficie de Tritón sería inferior a 10 millones de años. ^[14]

Tectónica

Gran parte de la superficie de Tritón está atravesada por fallas y crestas de gran escala, denominadas surcos , lo que indica un tectonismo generalizado. En comparación con Europa y Ganimedes , la tectónica parece ser un componente relativamente menor de la geología de Tritón. Varias crestas, en particular las que cruzan las regiones de terreno en forma de melón, se parecen superficialmente a las fallas de Encélado y a la línea de doble cresta de Europa, aunque las crestas de Tritón a menudo terminan repentinamente, se dividen o forman hasta cinco segmentos paralelos. Estas diferencias con las características observadas en Europa y Encélado indican que, aunque superficialmente similares, las crestas de Tritón tienen morfologías ligeramente diferentes. ^[32]

Las similitudes entre las crestas de Tritón y las líneas de Europa han llevado a la hipótesis de que, al igual que las líneas de Europa, las crestas de Tritón pueden formarse debido a las tensiones acumuladas en la corteza helada de Tritón a través de las mareas diurnas, ayudadas por una capa de hielo desacoplada de su núcleo debido a un océano subterráneo. ^[10] Las fallas de Tritón siguen tendencias generales; las características tectónicas con orientación norte-sur y este-oeste tienden a estar cerca del ecuador, mientras que las fallas con orientación noreste-suroeste y noroeste-sureste ocurren más en latitudes más altas. ^[33]

Una segunda clase de fallas son fosas o grabens simples , que incluyen fosas angostas de 2 a 3 kilómetros de ancho, como la fosa Yenisey, de unos 800 kilómetros de largo, y las fosas Jumna, un par de valles de 300 kilómetros de largo. Las fosas más anchas, de unos 15 kilómetros de ancho, incluyen las fosas Raz, una serie compleja de depresiones dentro del planum de Cipango. ^[33]

Criovulcanismo

Aunque la naturaleza de las columnas polares del sur de Tritón sigue siendo objeto de debate, Tritón alberga muchos otros ejemplos de actividad criovolcánica geológicamente reciente. Es probable que casi todas las características de la superficie observadas en Tritón estén relacionadas de alguna manera con el criovulcanismo. ^{[29] : 919}

Llanuras criovolcánicas

La superficie de Tritón alberga varias llanuras extensas resurgidas, siendo la más prominente de estas observadas Cipango Planum. Cipango Planum es una llanura criovolcánica grande, joven y lisa que parece cubrir parcialmente el terreno de melón más antiguo. Cipango Planum alberga varias depresiones grandes, más significativamente el Leviathan Patera de ~80 km de ancho y el cercano Kibu Patera. ^{[32] [34]} Leviathan Patera en particular parece ser el respiradero central de Cipango Planum, y del mismo modo puede haber evolucionado a través de múltiples etapas de erupción. La primera etapa de la historia eruptiva de Leviathan Patera puede haber estado dominada por la erupción de criolava de muy baja viscosidad, lo que explica la topografía muy poco profunda de Cipango Planum (especialmente cuando se compara con análogos de volcanes en escudo terrestres ) y su enorme extensión. Si Leviatán Patera es de hecho el respiradero principal de Cipango Planum, Leviatán Patera sería uno de los criovolcanes o volcanes más grandes del Sistema Solar, con un área total de al menos 490.000 km ² , ^[32] significativamente más grande que el área del Monte Olimpo con 300.000 km ² . ^[35]

Algunas partes de Cipango Planum están interrumpidas por fallas, particularmente la cercana Leviathan Patera. En particular, Raz Fossae, Kraken Catena y Set Catena están todas orientadas aproximadamente de manera radial desde Leviathan Patera. Set Catena parece ser parte de una extensión hacia el norte de Raz Fossae, ^[12] y puede haber sido el sitio de erupciones criovolcánicas explosivas en sí; alternativamente, Set Catena y Kraken Catena pueden haberse formado como fallas debajo de Cipango Planum que continuaron rifándose, creando cráteres de colapso. ^[32] La proximidad de Set Catena y Kraken Catena podría indicar que la actividad eruptiva de Leviathan Patera ha estado estrechamente vinculada al tectonismo en Tritón. ^[36]

Llanuras amuralladas

Las cuatro llanuras amuralladas de Tritón, agrupadas en dos pares

• Imagen superior : Ruach Planitia y Tuonela Planitia, pareja norteña
• Imagen inferior : Ryugu Planitia y Sipapu Planitia, pareja sur

La superficie de Tritón alberga al menos cuatro grandes llanuras amuralladas de entre 100 y 400 km de diámetro: Ruach Planitia , Tuonela Planitia , Ryugu Planitia y Sipapu Planitia. Estas llanuras se caracterizan por tener suelos en gran parte planos rodeados por una red de acantilados de varios cientos de metros de altura y de perfil crenulado u ondulado irregular. Las cuatro llanuras amuralladas contienen un único grupo de fosas y montículos concentrados, con la fosa más grande cerca del centro de cada grupo. ^{[29] : 886} El suelo inusualmente plano de estas llanuras amuralladas, que encierra todas las irregularidades en las paredes de la llanura, sugiere que las cuatro llanuras amuralladas pueden representar lagos de criolava inactivos. ^{[24] : 202,219}

Ruach Planitia y Tuonela Planitia, ubicadas en el norte de Monad Regio, cortan tanto el terreno de melón como el material depositado por Cipango Planum. ^[32] El centro de Ruach Planitia, de forma aproximadamente circular, parece haber sido deformado y alberga una depresión central, Dilolo Patera, ^[37] que posiblemente representa un respiradero de donde brotó material criovolcánico. ^{[24] : 219} La pared norte de Ruach Planitia también ha sido atravesada por canales, posiblemente tallados a partir de material fluido; canales similares, más pequeños, también cortan parte de las paredes de Tuonela Planitia. ^[38]

Ryugu Planitia y Sipapu Planitia están ubicadas en el centro-sur de Monad Regio y son más pequeñas que Ruach Planitia y Tuonela Planitia. Ambas están rodeadas por una región de depresiones y montículos irregulares. La pared sur de Ryugu Planitia parece estar incompleta, con material liso que parece derramarse desde la llanura interior de Ryugu Planitia hacia el terreno irregular al sur. También es exclusivo de Ryugu Planitia su grupo de fosas alargadas que se alinean paralelas a una sección cercana de la falla Vimur Sulci; los grupos de fosas de las otras tres llanuras son todos axisimétricos. ^{[29] : 893, 894}

Estructura interna

El intenso calentamiento por marea que Tritón habría experimentado después de su captura lo habría diferenciado rápidamente y por completo, posiblemente hasta el punto de provocar una pérdida significativa de volátiles . ^[13] Aunque la Voyager 2 nunca midió directamente la estructura interior de Tritón, se ha inferido generalmente que Tritón está dividido en una corteza exterior compuesta principalmente de hielo de agua y un núcleo rocoso-metálico, separados por un supuesto océano subterráneo de agua líquida y volátiles disueltos. ^[38]

Océano subsuperficial

Es probable que Tritón albergue un océano subterráneo global, ^{[32] [12] [39]} y, en consecuencia, puede ser habitable . ^[30] Como la órbita de Tritón es altamente circular, la fuente de calor necesaria para mantener su océano de agua líquida probablemente provenga de una combinación de calentamiento radiogénico y calentamiento por calentamiento de marea oblicua. ^[13] Suponiendo que la capa de hielo de Tritón sea completamente conductora , el océano de Tritón puede estar a 20-30 km debajo de su superficie. ^[12]

Véase también

• Lista de características geológicas de Tritón
• Geología de Plutón  – Estructura geológica y composición de Plutón

Notas

1. La órbita de Tritón es actualmente casi perfectamente circular, con una excentricidad de 0,000016 y un semieje mayor de 354.759 km. ^[6] Imaginando a Tritón como coplanar con el ecuador de Neptuno (y por lo tanto ignorando las posibles contribuciones de las mareas oblicuas), el calentamiento de las mareas se calcula utilizando: ^[7] donde , , , y son respectivamente el radio medio del satélite, el movimiento orbital medio , la distancia orbital y la excentricidad; es la constante gravitacional ; es la masa del cuerpo anfitrión (o central); y representa la relación entre el número de Love de segundo orden del satélite y su factor de calidad. El movimiento orbital medio de Tritón viene dado por: ^[8] donde es la masa del satélite. Utilizando la masa de Neptuno de $${\displaystyle {\dot {E}}_{\text{Tidal}}={\frac {k_{2}}{Q}}{\frac {21}{2}}{\frac {GM_{p}^{2}R_{s}^{5}ne^{2}}{a^{6}}}}$$ ${\displaystyle R_{s}}$ ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle a}$ ${\displaystyle e}$ ${\displaystyle G}$ ${\displaystyle M_{p}}$ ${\displaystyle {\frac {k_{2}}{Q}}}$ $${\displaystyle n={\sqrt {\frac {G(M_{p}+m_{s})}{a^{3}}}},}$$ ${\displaystyle m_{s}}$1.024 × 10 ²⁶  kg , ^[9] La masa de Tritón es2,14 × 10 ²²  kg , el radio de Tritón de 1.353,4 km, ^[6] y una suposición de ${\displaystyle {\frac {k_{2}}{Q}}}$3,3 × 10 ⁻⁴ para Tritón, ^[10] la energía de calentamiento de marea por excentricidad es3,09 × 10 ⁷  W , casi siete órdenes de magnitud menos que la de Ío.1 × 10 ¹⁴  W . ^[11]
2. Compárese el albedo de enlace de la Tierra de 0,306; ^[15] un número más alto indica mayor reflectividad.

Referencias

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