Titán es la luna más grande de Saturno y la segunda más grande del Sistema Solar , más grande que cualquiera de los planetas enanos del Sistema Solar. Es la única luna que se sabe que tiene una atmósfera densa , y es el único objeto conocido en el espacio, además de la Tierra , en el que se ha encontrado evidencia clara de cuerpos estables de líquido en la superficie. [dieciséis]
Titán es una de las siete lunas gravitacionalmente redondeadas en órbita alrededor de Saturno , y la segunda más distante de Saturno de esas siete. Frecuentemente descrito como una luna parecida a un planeta , Titán es un 50% más grande (en diámetro) que la Luna de la Tierra y un 80% más masivo. Es la segunda luna más grande del Sistema Solar después de Ganímedes , luna de Júpiter , y es más grande que el planeta Mercurio , pero sólo un 40% de su masa .
Descubierta en 1655 por el astrónomo holandés Christiaan Huygens , Titán fue la primera luna conocida de Saturno y el sexto satélite planetario conocido (después de la luna de la Tierra y las cuatro lunas galileanas de Júpiter). Titán orbita alrededor de Saturno a 20 radios de Saturno. Desde la superficie de Titán, Saturno forma un arco de 5,09 grados, y si fuera visible a través de la espesa atmósfera de la Luna, parecería 11,4 veces más grande en el cielo, en diámetro, que la Luna desde la Tierra, que forma un arco de 0,48°.
Titán está compuesto principalmente de hielo y material rocoso, que probablemente se diferencia en un núcleo rocoso rodeado por varias capas de hielo, incluida una corteza de hielo de I h y una capa subsuperficial de agua líquida rica en amoníaco. [17] Al igual que Venus antes de la era espacial , la densa atmósfera opaca impidió la comprensión de la superficie de Titán hasta que la misión Cassini-Huygens en 2004 proporcionó nueva información, incluido el descubrimiento de lagos de hidrocarburos líquidos en las regiones polares de Titán y el descubrimiento de su atmósfera. superrotación . La superficie geológicamente joven es en general lisa, con pocos cráteres de impacto , aunque se han encontrado montañas y varios posibles criovolcanes .
La atmósfera de Titán es en gran parte nitrógeno ; Los componentes menores conducen a la formación de nubes de metano y etano y una densa neblina de organonitrógeno . El clima, incluidos el viento y la lluvia, crea características superficiales similares a las de la Tierra, como dunas, ríos, lagos, mares (probablemente de metano y etano líquidos) y deltas, y está dominado por patrones climáticos estacionales como en la Tierra. Con sus líquidos (tanto superficiales como subterráneos) y su robusta atmósfera de nitrógeno, el ciclo del metano de Titán tiene una sorprendente similitud con el ciclo del agua de la Tierra , aunque a una temperatura mucho más baja de aproximadamente 94 K (-179 °C; -290 °F). Debido a estos factores, Titán ha sido descrito como el objeto celeste más parecido a la Tierra del Sistema Solar. [18]
Titán fue descubierto el 25 de marzo de 1655 por el astrónomo holandés Christiaan Huygens . [19] [20] Huygens se inspiró en el descubrimiento de Galileo de las cuatro lunas más grandes de Júpiter en 1610 y sus mejoras en la tecnología de los telescopios . Christiaan, con la ayuda de su hermano mayor Constantijn Huygens Jr. , comenzó a construir telescopios alrededor de 1650 y descubrió la primera luna observada orbitando Saturno con uno de los telescopios que construyeron. [21] Fue la sexta luna jamás descubierta, después de la Luna de la Tierra y las lunas galileanas de Júpiter . [22]
Titán es la luna más grande y brillante de Saturno, por lo que es la más fácil de observar de las lunas de Saturno con un telescopio óptico estándar desde la Tierra.
Huygens nombró su descubrimiento Saturni Luna (o Luna Saturni , en latín "luna de Saturno"), y lo publicó en el tratado de 1655 De Saturni Luna Observatio Nova ( Una nueva observación de la luna de Saturno ). [23] Después de que Giovanni Domenico Cassini publicara sus descubrimientos de cuatro lunas más de Saturno entre 1673 y 1686, los astrónomos cayeron en la costumbre de referirse a éstas y a Titán como Saturno I a V (con Titán entonces en la cuarta posición). Otros epítetos tempranos para Titán incluyen "satélite ordinario de Saturno". [24] La Unión Astronómica Internacional numera oficialmente a Titán como Saturno VI . [25]
El nombre Titán , y los nombres de los siete satélites de Saturno entonces conocidos, provienen de John Herschel (hijo de William Herschel , descubridor de otras dos lunas de Saturno, Mimas y Encelado ), en su publicación de 1847 Resultados de observaciones astronómicas realizadas durante los años. 1834, 5, 6, 7, 8, en el Cabo de Buena Esperanza . [26] [27] Desde entonces se han descubierto numerosas lunas pequeñas alrededor de Saturno. [28] Las lunas de Saturno llevan el nombre de gigantes mitológicos. El nombre Titán proviene de los Titanes , una raza de inmortales de la mitología griega . [25]
Titán orbita Saturno una vez cada 15 días y 22 horas. Al igual que la Luna de la Tierra y muchos de los satélites de los planetas gigantes , su período de rotación (su día) es idéntico a su período orbital; Titán está bloqueado por mareas en rotación sincrónica con Saturno y muestra permanentemente una cara al planeta. Las longitudes de Titán se miden hacia el oeste, empezando por el meridiano que pasa por este punto. [29] Su excentricidad orbital es 0,0288, y el plano orbital está inclinado 0,348 grados con respecto al ecuador de Saturno, [6] y por lo tanto también aproximadamente un tercio de grado fuera del plano del anillo ecuatorial. Visto desde la Tierra, Titán alcanza una distancia angular de aproximadamente 20 radios de Saturno (poco más de 1.200.000 kilómetros (750.000 millas)) de Saturno y subtiende un disco de 0,8 segundos de arco de diámetro. [ cita necesaria ]
El satélite Hyperion, pequeño y de forma irregular , está encerrado en una resonancia orbital de 3:4 con Titán. Hyperion probablemente se formó en una isla orbital estable, mientras que el enorme Titán absorbió o expulsó cualquier otro cuerpo que se acercara. [30]
Titán tiene 5.149,46 kilómetros (3.199,73 millas) de diámetro, [7] 1,06 veces el del planeta Mercurio , 1,48 el de la Luna y 0,40 el de la Tierra. Titán es el décimo objeto más grande del sistema solar, incluido el Sol . Antes de la llegada de la Voyager 1 en 1980, se pensaba que Titán era ligeramente más grande que Ganímedes (diámetro de 5.262 kilómetros (3.270 millas)) y, por tanto, la luna más grande del Sistema Solar; se trataba de una sobreestimación causada por la densa y opaca atmósfera de Titán, con una capa de neblina a entre 100 y 200 kilómetros sobre su superficie. Esto aumenta su diámetro aparente. [31] El diámetro y la masa de Titán (y por tanto su densidad) son similares a los de las lunas jovianas Ganímedes y Calisto . [32] Basado en su densidad aparente de 1,88 g/cm 3 , la composición de Titán es mitad hielo y mitad material rocoso. Aunque similar en composición a Dione y Encelado , es más denso debido a la compresión gravitacional . Tiene una masa 1/4226 la de Saturno, lo que la convierte en la luna más grande de los gigantes gaseosos en relación con la masa de su primaria. Ocupa el segundo lugar en términos de diámetro relativo de lunas respecto a un gigante gaseoso; Titán tiene 1/22,609 del diámetro de Saturno, Tritón tiene un diámetro mayor en relación con Neptuno , 1/18,092. [ cita necesaria ]
Titán probablemente esté parcialmente diferenciado en distintas capas con un centro rocoso de 3.400 kilómetros (2.100 millas). [33] Se cree que este centro rocoso está rodeado por varias capas compuestas de diferentes formas cristalinas de hielo y/o agua. [34] La estructura exacta depende en gran medida del flujo de calor desde el interior de Titán, que está mal restringido. El interior todavía puede estar lo suficientemente caliente como para que se forme una capa líquida formada por un " magma " compuesto de agua y amoníaco entre la corteza de hielo y capas de hielo más profundas formadas por formas de hielo a alta presión. El flujo de calor desde el interior de Titán puede incluso ser demasiado alto para que se formen hielos a alta presión, y las capas más externas consisten principalmente en agua líquida debajo de una corteza superficial. [35] La presencia de amoníaco permite que el agua permanezca líquida incluso a una temperatura tan baja como 176 K (-97 °C) (para mezcla eutéctica con agua). [36] La sonda Cassini descubrió evidencia de la estructura en capas en forma de ondas de radio naturales de frecuencia extremadamente baja en la atmósfera de Titán. Se cree que la superficie de Titán es un pobre reflector de ondas de radio de frecuencia extremadamente baja, por lo que es posible que se estén reflejando en el límite líquido-hielo de un océano subterráneo . [37] La nave espacial Cassini observó que las características de la superficie se desplazaban sistemáticamente hasta 30 kilómetros (19 millas) entre octubre de 2005 y mayo de 2007, lo que sugiere que la corteza está desacoplada del interior y proporciona evidencia adicional de una capa líquida interior. . [38] Otra evidencia que respalda la existencia de una capa líquida y una capa de hielo desacopladas del núcleo sólido proviene de la forma en que varía el campo de gravedad a medida que Titán orbita alrededor de Saturno. [39] La comparación del campo de gravedad con las observaciones topográficas basadas en RADAR [40] también sugiere que la capa de hielo puede ser sustancialmente rígida. [41] [42]
Se cree que las lunas regulares de Júpiter y Saturno se formaron mediante coacreción , un proceso similar al que se cree que formó los planetas del Sistema Solar. A medida que se formaron los jóvenes gigantes gaseosos, fueron rodeados por discos de material que gradualmente se fusionaron hasta formar lunas. Mientras que Júpiter posee cuatro grandes satélites en órbitas muy regulares, similares a las de los planetas, Titán domina abrumadoramente el sistema de Saturno y posee una alta excentricidad orbital que no se explica inmediatamente sólo por la coacreción. Un modelo propuesto para la formación de Titán es que el sistema de Saturno comenzó con un grupo de lunas similares a los satélites galileanos de Júpiter , pero que fueron interrumpidas por una serie de impactos gigantes , que continuarían formando Titán. Las lunas de tamaño mediano de Saturno, como Jápeto y Rea , se formaron a partir de los restos de estas colisiones. Un comienzo tan violento también explicaría la excentricidad orbital de Titán. [43]
Un análisis de 2014 del nitrógeno atmosférico de Titán sugirió que posiblemente procedía de material similar al encontrado en la nube de Oort y no de fuentes presentes durante la coacreción de materiales alrededor de Saturno. [44]
Titán es la única luna conocida con una atmósfera significativa , [45] y su atmósfera es la única atmósfera densa rica en nitrógeno en el Sistema Solar, aparte de la de la Tierra. Las observaciones realizadas en 2004 por Cassini sugieren que Titán es un "superrotador", como Venus, con una atmósfera que gira mucho más rápido que su superficie. [46] Las observaciones de las sondas espaciales Voyager han demostrado que la atmósfera de Titán es más densa que la de la Tierra, con una presión superficial de aproximadamente 1,45 atm . También es aproximadamente 1,19 veces más masivo que la Tierra en general, [47] o aproximadamente 7,3 veces más masivo por área de superficie. Las capas de neblina opaca bloquean la mayor parte de la luz visible del Sol y otras fuentes y oscurecen las características de la superficie de Titán. [48] La menor gravedad de Titán significa que su atmósfera está mucho más extendida que la de la Tierra. [49] La atmósfera de Titán es opaca en muchas longitudes de onda y, como resultado, es imposible adquirir un espectro de reflectancia completo de la superficie desde la órbita. [50] No fue hasta la llegada de la nave espacial Cassini-Huygens en 2004 que se obtuvieron las primeras imágenes directas de la superficie de Titán. [51]
La composición atmosférica de Titán es nitrógeno (97%), metano (2,7 ± 0,1%) e hidrógeno (0,1–0,2%), con trazas de otros gases. [15] Hay trazas de otros hidrocarburos , como etano , diacetileno , metilacetileno , acetileno y propano , y de otros gases, como cianoacetileno , cianuro de hidrógeno , dióxido de carbono , monóxido de carbono , cianógeno , argón y helio . [14] Se cree que los hidrocarburos se forman en la atmósfera superior de Titán en reacciones resultantes de la descomposición del metano por la luz ultravioleta del Sol , produciendo una espesa niebla tóxica de color naranja. [52] Titán pasa el 95% de su tiempo dentro de la magnetosfera de Saturno, lo que puede ayudar a protegerlo del viento solar . [53]
La energía del Sol debería haber convertido todos los rastros de metano de la atmósfera de Titán en hidrocarburos más complejos en 50 millones de años, un tiempo corto en comparación con la edad del Sistema Solar. Esto sugiere que el metano debe ser reabastecido mediante un depósito en el propio Titán o dentro de él. [54] El origen último del metano en su atmósfera puede ser su interior, liberado a través de erupciones de criovolcanes . [55] [56] [57] [58]
El 3 de abril de 2013, la NASA informó que es probable que en Titán surjan sustancias químicas orgánicas complejas , denominadas colectivamente tolinas , basándose en estudios que simulan la atmósfera de Titán. [59] El 6 de junio de 2013, científicos del IAA-CSIC informaron de la detección de hidrocarburos aromáticos policíclicos en la atmósfera superior de Titán. [60] [61]
El 30 de septiembre de 2013, la nave espacial Cassini de la NASA detectó propeno en la atmósfera de Titán , utilizando su espectrómetro infrarrojo compuesto (CIRS). [62] Esta es la primera vez que se encuentra propeno en cualquier luna o planeta que no sea la Tierra y es la primera sustancia química encontrada por el CIRS. La detección de propeno llena un misterioso vacío en las observaciones que se remontan al primer sobrevuelo planetario cercano de Titán por parte de la nave espacial Voyager 1 de la NASA en 1980, durante el cual se descubrió que muchos de los gases que componen la neblina marrón de Titán eran hidrocarburos, formados teóricamente a través de la recombinación de radicales creados por la fotólisis ultravioleta del metano del Sol. [52]
El 24 de octubre de 2014 se encontró metano en las nubes polares de Titán. [63] [64] El 1 de diciembre de 2022, los astrónomos informaron haber visto nubes, probablemente hechas de metano , moviéndose a través de Titán, utilizando el Telescopio Espacial James Webb . [65] [66]
La temperatura de la superficie de Titán es de unos 94 K (-179,2 °C). A esta temperatura, el hielo de agua tiene una presión de vapor extremadamente baja , por lo que el poco vapor de agua presente parece limitado a la estratosfera. [67] Titán recibe aproximadamente el 1% de la luz solar que la Tierra. [68] Antes de que la luz solar llegue a la superficie, alrededor del 90% ha sido absorbido por la espesa atmósfera, dejando sólo el 0,1% de la cantidad de luz que recibe la Tierra . [69]
El metano atmosférico crea un efecto invernadero en la superficie de Titán, sin el cual Titán sería mucho más frío. [70] Por el contrario, la neblina en la atmósfera de Titán contribuye a un efecto anti-invernadero al absorber la luz solar, cancelando una parte del efecto invernadero y haciendo que su superficie sea significativamente más fría que su atmósfera superior. [71]
Las nubes de Titán, probablemente compuestas de metano, etano u otros compuestos orgánicos simples, están dispersas y son variables, lo que acentúa la neblina general. [31] Los hallazgos de la sonda Huygens indican que la atmósfera de Titán llueve periódicamente metano líquido y otros compuestos orgánicos sobre su superficie. [73]
Las nubes suelen cubrir el 1% del disco de Titán, aunque se han observado explosiones en las que la cobertura de nubes se expande rápidamente hasta un 8%. Una hipótesis afirma que las nubes del sur se forman cuando los niveles elevados de luz solar durante el verano austral generan elevación en la atmósfera, lo que resulta en convección . Esta explicación se complica por el hecho de que la formación de nubes se ha observado no sólo después del solsticio de verano austral sino también a mediados de primavera. El aumento de la humedad del metano en el polo sur posiblemente contribuya al rápido aumento del tamaño de las nubes. [74] Era verano en el hemisferio sur de Titán hasta 2010, cuando la órbita de Saturno, que gobierna el movimiento de Titán, movió el hemisferio norte de Titán hacia la luz del sol. [75] Cuando cambien las estaciones, se espera que el etano comience a condensarse sobre el polo sur. [76]
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La superficie de Titán ha sido descrita como "compleja, procesada por fluidos y geológicamente joven". [77] Titán ha existido desde la formación del Sistema Solar, pero su superficie es mucho más joven, entre 100 millones y mil millones de años. Los procesos geológicos pueden haber remodelado la superficie de Titán. [78] La atmósfera de Titán es cuatro veces más espesa que la de la Tierra, [79] lo que dificulta que los instrumentos astronómicos obtengan imágenes de su superficie en el espectro de luz visible. [80] La nave espacial Cassini utilizó instrumentos infrarrojos, altimetría de radar e imágenes de radar de apertura sintética (SAR) para mapear partes de Titán durante sus sobrevuelos cercanos. Las primeras imágenes revelaron una geología diversa, con zonas tanto rugosas como lisas. Hay formaciones que pueden ser de origen volcánico , arrojando a la superficie agua mezclada con amoniaco. También hay evidencia de que la capa de hielo de Titán puede ser sustancialmente rígida, [41] [42] lo que sugeriría poca actividad geológica. [81] También hay rayas, algunas de ellas de cientos de kilómetros de longitud, que parecen ser causadas por partículas arrastradas por el viento. [82] [83] El examen también ha demostrado que la superficie es relativamente lisa; los pocos objetos que parecen ser cráteres de impacto parecían haber sido rellenados, tal vez por lluvias de hidrocarburos o volcanes. La altimetría de radar sugiere que la variación de altura es baja, normalmente no más de 150 metros. Se han descubierto cambios de elevación ocasionales de 500 metros y Titán tiene montañas que a veces alcanzan varios cientos de metros hasta más de 1 kilómetro de altura. [84]
La superficie de Titán está marcada por amplias regiones de terreno brillante y oscuro. Estos incluyen Xanadú , una gran área ecuatorial reflectante del tamaño de Australia. Fue identificado por primera vez en imágenes infrarrojas del Telescopio Espacial Hubble en 1994 y luego visto por la nave espacial Cassini . La intrincada región está llena de colinas y cortada por valles y abismos. [85] Está atravesado en algunos lugares por lineamientos oscuros: características topográficas sinuosas que se asemejan a crestas o grietas. Estos pueden representar actividad tectónica , lo que indicaría que Xanadú es geológicamente joven. Alternativamente, los lineamientos pueden ser canales formados por líquidos, lo que sugiere un terreno antiguo que ha sido atravesado por sistemas de corrientes. [86] Hay áreas oscuras de tamaño similar en otras partes de Titán, observadas desde la Tierra y por Cassini ; al menos uno de ellos, Ligeia Mare , el segundo mar más grande de Titán, es casi un mar de metano puro. [87] [88]
La posibilidad de que hubiera mares de hidrocarburos en Titán se sugirió por primera vez basándose en los datos de las Voyager 1 y 2 que mostraban que Titán tenía una atmósfera espesa de aproximadamente la temperatura y composición correctas para sustentarlos, pero no se obtuvo evidencia directa hasta 1995, cuando los datos del Hubble y otros Las observaciones sugirieron la existencia de metano líquido en Titán, ya sea en bolsas desconectadas o en la escala de océanos que abarcan todo un satélite, similar al agua en la Tierra. [89]
La misión Cassini confirmó la primera hipótesis. Cuando la sonda llegó al sistema de Saturno en 2004, se esperaba poder detectar lagos u océanos de hidrocarburos a partir de la luz solar reflejada en su superficie, pero inicialmente no se observaron reflejos especulares . [90] Cerca del polo sur de Titán, se identificó una enigmática característica oscura llamada Ontario Lacus [91] (y luego se confirmó que era un lago). [92] También se identificó una posible costa cerca del polo mediante imágenes de radar. [93] Después de un sobrevuelo el 22 de julio de 2006, en el que el radar de la nave espacial Cassini tomó imágenes de las latitudes septentrionales (que entonces estaban en invierno), se observaron varias manchas grandes, suaves (y por lo tanto oscuras para el radar) que salpicaban la superficie cerca del polo. . [94] Basándose en las observaciones, los científicos anunciaron "evidencia definitiva de lagos llenos de metano en Titán, la luna de Saturno" en enero de 2007. [95] [96] El equipo Cassini-Huygens concluyó que las características fotografiadas son casi con certeza las características tan buscadas lagos de hidrocarburos, los primeros cuerpos estables de líquido superficial encontrados fuera de la Tierra. [95] Algunos parecen tener canales asociados con líquido y se encuentran en depresiones topográficas. [95] Las características de la erosión líquida parecen ser un hecho muy reciente: los canales en algunas regiones han creado sorprendentemente poca erosión, lo que sugiere que la erosión en Titán es extremadamente lenta, o que algunos otros fenómenos recientes pueden haber eliminado lechos de ríos y accidentes geográficos más antiguos. [78] En general, las observaciones del radar Cassini han demostrado que los lagos cubren sólo un pequeño porcentaje de la superficie, lo que hace que Titán sea mucho más seco que la Tierra. [97] La mayoría de los lagos se concentran cerca de los polos (donde la relativa falta de luz solar evita la evaporación), pero también se han descubierto varios lagos de hidrocarburos de larga data en las regiones desérticas ecuatoriales, incluido uno cerca del lugar de aterrizaje de Huygens en el Shangri. -La región, que tiene aproximadamente la mitad del tamaño del Gran Lago Salado en Utah , Estados Unidos. Los lagos ecuatoriales son probablemente " oasis ", es decir, el probable proveedor son acuíferos subterráneos . [98]
En junio de 2008, el espectrómetro de mapeo visual e infrarrojo de Cassini confirmó la presencia de etano líquido fuera de toda duda en Ontario Lacus. [99] El 21 de diciembre de 2008, Cassini pasó directamente sobre Ontario Lacus y observó una reflexión especular en el radar. La fuerza del reflejo saturó el receptor de la sonda, lo que indica que el nivel del lago no varió más de 3 mm (lo que implica que los vientos en la superficie fueron mínimos o que el fluido de hidrocarburos del lago es viscoso). [100] [101]
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El 8 de julio de 2009, el VIMS de Cassini observó un reflejo especular indicativo de una superficie lisa, similar a un espejo, frente a lo que hoy se llama Jingpo Lacus , un lago en la región del polo norte poco después de que el área emergiera de 15 años de oscuridad invernal. Los reflejos especulares son indicativos de una superficie lisa, similar a un espejo, por lo que la observación corroboró la inferencia de la presencia de un gran cuerpo líquido extraída de imágenes de radar. [102] [103]
Las primeras mediciones de radar realizadas en julio de 2009 y enero de 2010 indicaron que Ontario Lacus era extremadamente poco profundo, con una profundidad promedio de 0,4 a 3 m y una profundidad máxima de 3 a 7 m (9,8 a 23,0 pies). [104] Por el contrario, Ligeia Mare del hemisferio norte fue inicialmente mapeada a profundidades superiores a los 8 m, el máximo discernible por el instrumento de radar y las técnicas de análisis de la época. [104] Un análisis científico posterior, publicado en 2014, mapeó de manera más completa las profundidades de los tres mares de metano de Titán y mostró profundidades de más de 200 metros (660 pies). Ligeia Mare tiene un promedio de 20 a 40 m (66 a 131 pies) de profundidad, mientras que otras partes de Ligeia no registraron ningún reflejo de radar, lo que indica una profundidad de más de 200 m (660 pies). Si bien es sólo el segundo mayor de los mares de metano de Titán, Ligeia "contiene suficiente metano líquido para llenar tres lagos Michigan ". [105]
En mayo de 2013, el altímetro del radar de Cassini observó los canales Vid Flumina de Titán, definidos como una red de drenaje conectada al segundo mar de hidrocarburos más grande de Titán, Ligeia Mare. El análisis de los ecos del altímetro recibidos mostró que los canales están ubicados en cañones profundos (hasta ~570 m), de lados empinados y tienen fuertes reflejos especulares en la superficie que indican que actualmente están llenos de líquido. Las elevaciones del líquido en estos canales están al mismo nivel que Ligeia Mare con una precisión vertical de aproximadamente 0,7 m, lo que coincide con la interpretación de los valles de los ríos ahogados. También se observan reflexiones especulares en afluentes de orden inferior elevados por encima del nivel de Ligeia Mare, consistentes con el drenaje que alimenta el sistema de canales principal. Esta es probablemente la primera evidencia directa de la presencia de canales de líquido en Titán y la primera observación de cañones de cien metros de profundidad en Titán. Los cañones de Vid Flumina quedan sumergidos por el mar, pero existen algunas observaciones aisladas que atestiguan la presencia de líquidos superficiales en las zonas más elevadas. [106]
Durante seis sobrevuelos de Titán entre 2006 y 2011, Cassini recopiló datos de seguimiento radiométrico y navegación óptica a partir de los cuales los investigadores pudieron inferir aproximadamente la forma cambiante de Titán. La densidad de Titán es consistente con la de un cuerpo que está compuesto aproximadamente por un 60% de roca y un 40% de agua. Los análisis del equipo sugieren que la superficie de Titán puede subir y bajar hasta 10 metros durante cada órbita. Ese grado de deformación sugiere que el interior de Titán es relativamente deformable, y que el modelo más probable de Titán es uno en el que una capa helada de decenas de kilómetros de espesor flota sobre un océano global. [107] Los hallazgos del equipo, junto con los resultados de estudios anteriores, insinúan que el océano de Titán puede encontrarse a no más de 100 kilómetros (62 millas) debajo de su superficie. [107] [108] El 2 de julio de 2014, la NASA informó que el océano dentro de Titán puede ser tan salado como el Mar Muerto . [109] [110] El 3 de septiembre de 2014, la NASA informó estudios que sugieren que la lluvia de metano en Titán puede interactuar con una capa de materiales helados bajo tierra, llamada "alcanofer", para producir etano y propano que eventualmente pueden alimentar ríos y lagos. [111]
En 2016, Cassini encontró la primera evidencia de canales llenos de líquido en Titán, en una serie de cañones profundos y empinados que desembocan en Ligeia Mare . Esta red de cañones, denominada Vid Flumina, tiene una profundidad de 240 a 570 m y tiene lados de hasta 40°. Se cree que se formaron por elevación de la corteza terrestre, como el Gran Cañón de la Tierra , por un descenso del nivel del mar, o quizás por una combinación de ambos. La profundidad de la erosión sugiere que los flujos de líquido en esta parte de Titán son características a largo plazo que persisten durante miles de años. [112]
Los datos de radar, SAR y de imágenes de Cassini han revelado pocos cráteres de impacto en la superficie de Titán. [78] Estos impactos parecen ser relativamente jóvenes, en comparación con la edad de Titán. [78] Los pocos cráteres de impacto descubiertos incluyen una cuenca de impacto de dos anillos de 392 kilómetros de ancho (244 millas) llamada Menrva , vista por la ISS de Cassini como un patrón concéntrico brillante y oscuro. [114] También se han observado un cráter más pequeño, de 80 kilómetros de ancho (50 millas), de fondo plano llamado Sinlap [115] y un cráter de 30 km (19 millas) con un pico central y fondo oscuro llamado Ksa. [116] Las imágenes de radar y Cassini también han revelado "crateriformes", características circulares en la superficie de Titán que pueden estar relacionadas con el impacto, pero que carecen de ciertas características que permitirían una identificación segura. Por ejemplo, Cassini ha observado un anillo de 90 kilómetros de ancho (56 millas) de material brillante y rugoso conocido como Guabonito . [117] Se cree que esta característica es un cráter de impacto lleno de sedimento oscuro arrastrado por el viento. Se han observado otras características similares en las regiones oscuras de Shangri-La y Aaru. El radar observó varias características circulares que pueden ser cráteres en la brillante región de Xanadú durante el sobrevuelo de Titán por parte de Cassini el 30 de abril de 2006. [118]
Muchos de los cráteres o probables cráteres de Titán muestran evidencia de una extensa erosión, y todos muestran algún indicio de modificación. [113] La mayoría de los cráteres grandes tienen bordes rotos o incompletos, a pesar de que algunos cráteres en Titán tienen bordes relativamente más masivos que los de cualquier otro lugar del Sistema Solar. Hay poca evidencia de formación de palimpsestos mediante relajación viscoelástica de la corteza, a diferencia de otras grandes lunas heladas . [113] La mayoría de los cráteres carecen de picos centrales y tienen pisos lisos, posiblemente debido a la generación de impactos o a una erupción posterior de lava criovolcánica . El relleno de diversos procesos geológicos es una de las razones de la relativa deficiencia de cráteres de Titán; El blindaje atmosférico también influye. Se estima que la atmósfera de Titán reduce a la mitad el número de cráteres en su superficie. [120]
La limitada cobertura de radar de alta resolución de Titán obtenida hasta 2007 (22%) sugirió la existencia de no uniformidades en la distribución de sus cráteres. Xanadú tiene entre 2 y 9 veces más cráteres que otros lugares. El hemisferio delantero tiene una densidad un 30% mayor que el hemisferio trasero. Hay densidades de cráteres más bajas en áreas de dunas ecuatoriales y en la región del polo norte (donde los lagos y mares de hidrocarburos son más comunes). [113]
Los modelos anteriores a Cassini de trayectorias y ángulos de impacto sugieren que cuando el impactador golpea la corteza de hielo de agua, una pequeña cantidad de material eyectado permanece como agua líquida dentro del cráter. Puede persistir en forma líquida durante siglos o más, suficiente para "la síntesis de moléculas precursoras simples del origen de la vida". [121]
Los científicos han especulado durante mucho tiempo que las condiciones en Titán se parecen a las de la Tierra primitiva, aunque a una temperatura mucho más baja. La detección de argón-40 en la atmósfera en 2004 indicó que los volcanes habían generado columnas de "lava" compuestas de agua y amoníaco. [122] Los mapas globales de la distribución de los lagos en la superficie de Titán revelaron que no hay suficiente metano en la superficie para explicar su presencia continua en su atmósfera y, por lo tanto, que una porción significativa debe agregarse a través de procesos volcánicos. [123]
Aún así, hay una escasez de características superficiales que puedan interpretarse sin ambigüedades como criovolcanes. [124] Una de las primeras características reveladas por las observaciones del radar Cassini en 2004, llamada Ganesa Macula , se asemeja a las características geográficas llamadas " domos de panqueque " que se encuentran en Venus y, por lo tanto, inicialmente se pensó que era de origen criovolcánico, hasta que Kirk et al. . refutó esta hipótesis en la reunión anual de la Unión Geofísica Estadounidense en diciembre de 2008. Se descubrió que la característica no era una cúpula en absoluto, sino que parecía ser el resultado de una combinación accidental de manchas claras y oscuras. [125] [126] En 2004, Cassini también detectó una característica inusualmente brillante (llamada Tortola Facula), que se interpretó como una cúpula criovolcánica. [127] No se han identificado características similares hasta 2010. [128] En diciembre de 2008, los astrónomos anunciaron el descubrimiento de dos "puntos brillantes" transitorios pero inusualmente duraderos en la atmósfera de Titán, que parecen demasiado persistentes para ser explicados por el simple clima. patrones, lo que sugiere que fueron el resultado de episodios criovolcánicos prolongados. [36]
Cassini también descubrió en 2006 una cadena montañosa que mide 150 kilómetros (93 millas) de largo, 30 kilómetros (19 millas) de ancho y 1,5 kilómetros (0,93 millas) de alto. Esta cadena se encuentra en el hemisferio sur y se cree que está compuesta de hielo. material y cubierto de nieve de metano. El movimiento de las placas tectónicas, tal vez influenciado por una cuenca de impacto cercana, podría haber abierto una brecha a través de la cual el material de la montaña afloró. [129] Antes de Cassini , los científicos asumieron que la mayor parte de la topografía de Titán serían estructuras de impacto, sin embargo, estos hallazgos revelan que, al igual que en la Tierra, las montañas se formaron a través de procesos geológicos. [130]
En 2008, Jeffrey Moore (geólogo planetario del Centro de Investigación Ames ) propuso una visión alternativa de la geología de Titán. Señalando que hasta el momento no se habían identificado inequívocamente características volcánicas en Titán, afirmó que Titán es un mundo geológicamente muerto, cuya superficie está formada únicamente por la formación de cráteres de impacto, la erosión fluvial y eólica , la pérdida de masa y otros procesos exógenos . Según esta hipótesis, los volcanes no emiten metano, sino que se difunde lentamente desde el frío y rígido interior de Titán. Ganesa Macula puede ser un cráter de impacto erosionado con una duna oscura en el centro. Las crestas montañosas observadas en algunas regiones pueden explicarse como escarpes fuertemente degradados de grandes estructuras de impacto de múltiples anillos o como resultado de la contracción global debido al lento enfriamiento del interior. Incluso en este caso, Titán todavía puede tener un océano interno hecho de una mezcla eutéctica de agua y amoníaco con una temperatura de 176 K (-97 °C), que es lo suficientemente baja como para explicarse por la desintegración de elementos radiactivos en el núcleo. El brillante terreno de Xanadú puede ser un terreno degradado con muchos cráteres similar al observado en la superficie de Calisto. De hecho, si no fuera por su falta de atmósfera, Calisto podría servir como modelo para la geología de Titán en este escenario. Jeffrey Moore incluso llamó a Titán Calisto con el clima . [124] [131]
En marzo de 2009, se anunciaron estructuras que se asemejan a flujos de lava en una región de Titán llamada Hotei Arcus, cuyo brillo parece fluctuar durante varios meses. Aunque se sugirieron muchos fenómenos para explicar esta fluctuación, se descubrió que los flujos de lava se elevaban 200 metros (660 pies) sobre la superficie de Titán, lo que coincide con su erupción desde debajo de la superficie. [132]
En diciembre de 2010, el equipo de la misión Cassini anunció el criovolcán más convincente posible encontrado hasta ahora. Llamada Sotra Patera , forma parte de una cadena de al menos tres montañas, cada una de entre 1000 y 1500 m de altura, varias de las cuales están coronadas por grandes cráteres. El suelo alrededor de sus bases parece estar cubierto de flujos de lava congelada. [133]
En las regiones polares de Titán se han identificado accidentes geográficos parecidos a cráteres posiblemente formados a través de erupciones criovolcánicas explosivas, tipo maar o calderas . [134] Estas formaciones a veces están anidadas o se superponen y tienen características que sugieren explosiones y colapsos, como bordes elevados, halos y colinas o montañas internas. [134] La ubicación polar de estas características y su colocalización con los lagos y mares de Titán sugiere que volátiles como el metano pueden ayudar a alimentarlos. Algunas de estas características parecen bastante recientes, lo que sugiere que dicha actividad volcánica continúa hasta el presente. [134]
La mayoría de los picos más altos de Titán se encuentran cerca de su ecuador, en los llamados "cinturones de crestas". Se cree que son análogas a las montañas plegadas de la Tierra , como las Montañas Rocosas o el Himalaya , formadas por la colisión y pandeo de placas tectónicas, o a zonas de subducción como los Andes , donde la lava ascendente (o criolava ) de una placa descendente que se derrite se eleva hasta la superficie. Un posible mecanismo para su formación son las fuerzas de marea de Saturno. Debido a que el manto helado de Titán es menos viscoso que el manto de magma de la Tierra, y debido a que su lecho de roca helado es más blando que el lecho de roca de granito de la Tierra, es poco probable que las montañas alcancen alturas tan grandes como las de la Tierra. En 2016, el equipo de Cassini anunció la que creen que es la montaña más alta de Titán. Situado en la cordillera de Mithrim Montes, tiene 3.337 m de altura. [135]
Si el vulcanismo en Titán realmente existe, la hipótesis es que está impulsado por la energía liberada por la desintegración de elementos radiactivos dentro del manto, como ocurre en la Tierra. [36] El magma en la Tierra está hecho de roca líquida, que es menos densa que la corteza rocosa sólida a través de la cual entra en erupción. Debido a que el hielo es menos denso que el agua, el magma acuoso de Titán sería más denso que su sólida corteza helada. Esto significa que el criovulcanismo en Titán requeriría una gran cantidad de energía adicional para funcionar, posiblemente a través de la flexión de las mareas del cercano Saturno. [36] El hielo de baja presión, que recubre una capa líquida de sulfato de amonio , asciende flotantemente y el sistema inestable puede producir dramáticos eventos de columnas. Titán vuelve a emerger a través del proceso mediante hielo del tamaño de un grano y cenizas de sulfato de amonio, lo que ayuda a producir un paisaje en forma de viento y características de dunas de arena. [136] Titán puede haber sido mucho más activo geológicamente en el pasado; Los modelos de la evolución interna de Titán sugieren que la corteza de Titán tenía sólo 10 kilómetros de espesor hasta hace unos 500 millones de años, lo que permitió que un criovulcanismo vigoroso con magmas de agua de baja viscosidad borrara todas las características de la superficie formadas antes de ese momento. La geología moderna de Titán se habría formado sólo después de que la corteza se espesara a 50 kilómetros y, por lo tanto, impidiera el constante resurgimiento criovolcánico, y cualquier criovulcanismo ocurrido desde entonces produjo magma de agua mucho más viscoso con mayores fracciones de amoníaco y metanol; Esto también sugeriría que el metano de Titán ya no se añade activamente a su atmósfera y podría agotarse por completo en unas pocas decenas de millones de años. [137]
Muchas de las montañas y colinas más prominentes han recibido nombres oficiales de la Unión Astronómica Internacional . Según JPL , "Por convención, las montañas de Titán llevan el nombre de montañas de la Tierra Media , el escenario ficticio de las novelas de fantasía de JRR Tolkien ". Las colles (colecciones de colinas) llevan el nombre de personajes de las mismas obras de Tolkien. [138]
En las primeras imágenes de la superficie de Titán tomadas por telescopios terrestres a principios de la década de 2000, se revelaron grandes regiones de terreno oscuro a ambos lados del ecuador de Titán. [139] Antes de la llegada de Cassini , se pensaba que estas regiones eran mares de hidrocarburos líquidos. [140] Las imágenes de radar capturadas por la nave espacial Cassini han revelado que algunas de estas regiones son extensas llanuras cubiertas de dunas longitudinales , de hasta 330 pies (100 m) de altura, [141] aproximadamente un kilómetro de ancho y decenas a cientos de kilómetros. largo. [142] Las dunas de este tipo siempre están alineadas con la dirección promedio del viento. En el caso de Titán, los vientos zonales constantes (hacia el este) se combinan con vientos de marea variables (aproximadamente 0,5 metros por segundo). [143] Los vientos de marea son el resultado de las fuerzas de marea de Saturno en la atmósfera de Titán, que son 400 veces más fuertes que las fuerzas de marea de la Luna en la Tierra y tienden a impulsar el viento hacia el ecuador. Se planteó la hipótesis de que este patrón de viento hace que el material granular de la superficie se acumule gradualmente en largas dunas paralelas alineadas de oeste a este. Las dunas se dividen alrededor de las montañas, donde cambia la dirección del viento. [144]
Inicialmente se supuso que las dunas longitudinales (o lineales) estaban formadas por vientos moderadamente variables que siguen una dirección media o alternan entre dos direcciones diferentes. Observaciones posteriores indican que las dunas apuntan hacia el este, aunque las simulaciones climáticas indican que los vientos de la superficie de Titán soplan hacia el oeste. A menos de 1 metro por segundo, no son lo suficientemente potentes para levantar y transportar material de la superficie. Simulaciones por computadora recientes indican que las dunas pueden ser el resultado de raros vientos tormentosos que ocurren sólo cada quince años cuando Titán está en equinoccio . Estas tormentas producen fuertes corrientes descendentes que fluyen hacia el este a una velocidad de hasta 10 metros por segundo cuando alcanzan la superficie. [145]
La "arena" de Titán probablemente no esté formada por pequeños granos de silicatos como la arena de la Tierra, [146] sino que podría haberse formado cuando llovió metano líquido y erosionó el lecho de roca de hielo de agua, posiblemente en forma de inundaciones repentinas. Alternativamente, la arena también podría provenir de sólidos orgánicos llamados tolinas , producidos por reacciones fotoquímicas en la atmósfera de Titán. [141] [143] [147] Los estudios de la composición de las dunas en mayo de 2008 revelaron que poseían menos agua que el resto de Titán y, por lo tanto, muy probablemente se derivan de hollín orgánico como polímeros de hidrocarburos que se agrupan después de llover sobre la superficie. [148] Los cálculos indican que la arena de Titán tiene una densidad de un tercio de la arena terrestre. [149] La baja densidad combinada con la sequedad de la atmósfera de Titán podría hacer que los granos se aglomeren debido a la acumulación de electricidad estática. La "pegajosidad" podría dificultar que la brisa generalmente suave cerca de la superficie de Titán mueva las dunas, aunque vientos más poderosos de las tormentas estacionales aún podrían arrastrarlas hacia el este. [150]
Alrededor del equinoccio, fuertes vientos descendentes pueden levantar partículas orgánicas sólidas del tamaño de una micra desde las dunas para crear tormentas de polvo titánicas, que se observan como brillos intensos y de corta duración en el infrarrojo. [151]
Titán nunca es visible a simple vista, pero se puede observar a través de pequeños telescopios o potentes binoculares. La observación amateur es difícil debido a la proximidad de Titán al brillante sistema de anillos y globo de Saturno; una barra de ocultación, que cubre parte del ocular y se utiliza para bloquear el planeta brillante, mejora enormemente la visión. [153] Titán tiene una magnitud aparente máxima de +8,2, [13] y una magnitud de oposición media de 8,4. [154] Esto se compara con +4,6 para Ganímedes de tamaño similar, en el sistema joviano. [154]
Las observaciones de Titán antes de la era espacial eran limitadas. En 1907, el astrónomo español Josep Comas i Solà observó el oscurecimiento de las extremidades de Titán, la primera evidencia de que el cuerpo tiene atmósfera. En 1944 Gerard P. Kuiper utilizó una técnica espectroscópica para detectar una atmósfera de metano. [155]
La primera sonda que visitó el sistema de Saturno fue la Pioneer 11 en 1979, que reveló que Titán probablemente era demasiado frío para albergar vida. [156] Tomó imágenes de Titán, incluidos Titán y Saturno juntos, entre mediados y finales de 1979. [157] La calidad pronto fue superada por las dos Voyager . [158]
Titán fue examinado por las Voyager 1 y 2 en 1980 y 1981, respectivamente. La trayectoria de la Voyager 1 fue diseñada para proporcionar un sobrevuelo optimizado a Titán, durante el cual la nave espacial pudo determinar la densidad, composición y temperatura de la atmósfera y obtener una medición precisa de la masa de Titán. [159] La neblina atmosférica impidió obtener imágenes directas de la superficie, aunque en 2004 el procesamiento digital intensivo de imágenes tomadas a través del filtro naranja de la Voyager 1 reveló indicios de las características claras y oscuras ahora conocidas como Xanadu y Shangri-la , [160] que había sido observado en el infrarrojo por el Telescopio Espacial Hubble. La Voyager 2 , que habría sido desviada para realizar el sobrevuelo de Titán si la Voyager 1 no hubiera podido hacerlo, no pasó cerca de Titán y continuó hacia Urano y Neptuno. [159] : 94
Incluso con los datos proporcionados por las Voyager , Titán seguía siendo un cuerpo misterioso: un gran satélite envuelto en una atmósfera que dificulta la observación detallada.
La nave espacial Cassini-Huygens llegó a Saturno el 1 de julio de 2004 y comenzó el proceso de mapeo de la superficie de Titán mediante radar . Cassini-Huygens , un proyecto conjunto de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la NASA , resultó ser una misión muy exitosa. La sonda Cassini sobrevoló Titán el 26 de octubre de 2004 y tomó las imágenes de mayor resolución jamás vistas de la superficie de Titán, a sólo 1.200 kilómetros (750 millas), distinguiendo manchas de luz y oscuridad que serían invisibles para el ojo humano. [ cita necesaria ]
El 22 de julio de 2006, Cassini realizó su primer sobrevuelo cercano y objetivo a 950 kilómetros (590 millas) de Titán; el sobrevuelo más cercano fue a 880 kilómetros (550 millas) el 21 de junio de 2010. [161] Se ha encontrado líquido en abundancia en la superficie de la región del polo norte, en forma de muchos lagos y mares descubiertos por Cassini . [94]
Huygens fue una sonda atmosférica que aterrizó en Titán el 14 de enero de 2005, [162] descubriendo que muchas de las características de su superficie parecen haber sido formadas por fluidos en algún momento del pasado. [163] Titán es el cuerpo más distante de la Tierra en el que una sonda espacial aterriza en su superficie. [164]
La sonda Huygens aterrizó justo en el extremo más oriental de una región brillante ahora llamada Adiri . La sonda fotografió colinas pálidas con "ríos" oscuros que desembocaban en una llanura oscura. La comprensión actual es que las colinas (también conocidas como tierras altas) están compuestas principalmente de hielo de agua. Los compuestos orgánicos oscuros, creados en la atmósfera superior por la radiación ultravioleta del Sol, pueden llover desde la atmósfera de Titán. Son arrastrados por las colinas con la lluvia de metano y depositados en las llanuras en escalas de tiempo geológico. [165]
Después del aterrizaje, Huygens fotografió una llanura oscura cubierta de pequeñas rocas y guijarros, compuestos de hielo de agua. [165] Las dos rocas justo debajo del centro de la imagen de la derecha son más pequeñas de lo que parecen: la de la izquierda tiene 15 centímetros de ancho y la del centro tiene 4 centímetros de ancho, a una distancia de aproximadamente 85 centímetros de Huygens . Hay evidencias de erosión en la base de las rocas, lo que indica una posible actividad fluvial . La superficie del suelo es más oscura de lo esperado originalmente y consiste en una mezcla de agua y hielo de hidrocarburos. [166]
En marzo de 2007, la NASA, la ESA y COSPAR decidieron llamar al lugar de aterrizaje de Huygens Estación Conmemorativa Hubert Curien en memoria del ex presidente de la ESA. [167]
La misión Dragonfly , desarrollada y operada por el Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins , se lanzará en julio de 2028. [168] Consiste en un gran dron propulsado por un RTG para volar en la atmósfera de Titán como New Frontiers 4. [169] [ 170] Sus instrumentos estudiarán hasta dónde pudo haber progresado la química prebiótica . [171] Está previsto que la misión llegue a Titán a mediados de la década de 2030. [170]
En los últimos años se han propuesto varias misiones conceptuales para devolver una sonda espacial robótica a Titán. La NASA (y el JPL ) y la ESA han completado el trabajo conceptual inicial para tales misiones . En la actualidad, ninguna de estas propuestas se ha convertido en misiones financiadas. [ cita necesaria ]
La Misión Titán Saturno (TSSM) fue una propuesta conjunta de la NASA y la ESA para la exploración de las lunas de Saturno . [172] Prevé un globo aerostático flotando en la atmósfera de Titán durante seis meses. Estaba compitiendo con la propuesta de financiación de la Misión del Sistema Europa Júpiter (EJSM). En febrero de 2009 se anunció que la ESA/NASA había dado prioridad a la misión EJSM antes que a la TSSM. [173]
El Titan Mare Explorer (TiME) propuesto era un módulo de aterrizaje de bajo costo que aterrizaría en un lago en el hemisferio norte de Titán y flotaría en la superficie del lago durante tres a seis meses. [174] [175] [176] Fue seleccionado para un estudio de diseño de Fase A en 2011 como misión candidata para la duodécima oportunidad del Programa Discovery de la NASA, [177] pero no fue seleccionado para volar. [178]
Otra misión a Titán propuesta a principios de 2012 por Jason Barnes, científico de la Universidad de Idaho , es el Vehículo Aéreo de Reconocimiento In-situ y Aerotransportado de Titán (AVIATR): un avión no tripulado (o dron ) que volaría a través de la atmósfera de Titán y tomar imágenes de alta definición de la superficie de Titán. La NASA no aprobó los 715 millones de dólares solicitados y el futuro del proyecto es incierto. [179] [180]
A finales de 2012, la empresa de ingeniería privada española SENER y el Centro de Astrobiología de Madrid propusieron un diseño conceptual para otro módulo de aterrizaje en el lago . La sonda conceptual se llama Titan Lake In-situ Sampling Propelled Explorer (TALISE). [181] [182] La principal diferencia en comparación con la sonda TiME sería que TALISE está concebida con su propio sistema de propulsión y, por lo tanto, no se limitaría simplemente a flotar en el lago cuando caiga. [181]
Un participante del Programa Discovery para su misión número 13 es Journey to Enceladus and Titan (JET), un orbitador de astrobiología de Saturno que evaluaría el potencial de habitabilidad de Encelado y Titán. [183] [184] [185]
En 2015, el programa Conceptos Avanzados Innovadores (NIAC) de la NASA otorgó una subvención de Fase II [186] a un estudio de diseño de un submarino Titán para explorar los mares de Titán. [187] [188] [189] [190] [191]
Se cree que Titán es un ambiente prebiótico rico en compuestos orgánicos complejos , [59] [192] pero su superficie está congelada a -179 °C (-290,2 °F; 94,1 K), por lo que actualmente se entiende que la vida no puede existen en la gélida superficie de la luna. [193] Sin embargo, Titán parece contener un océano global debajo de su capa de hielo, y dentro de este océano, las condiciones son potencialmente adecuadas para la vida microbiana. [194] [195] [196]
La misión Cassini-Huygens no estaba equipada para proporcionar evidencia de firmas biológicas o compuestos orgánicos complejos; Mostró un entorno en Titán que es similar, en algunos aspectos, a los hipotéticos para la Tierra primordial. [197] Los científicos suponen que la atmósfera de la Tierra primitiva era similar en composición a la atmósfera actual de Titán, con la importante excepción de la falta de vapor de agua en Titán. [198] [192]
El experimento de Miller-Urey y varios experimentos posteriores han demostrado que con una atmósfera similar a la de Titán y la adición de radiación ultravioleta , se pueden generar moléculas complejas y sustancias poliméricas como las tolinas . La reacción comienza con la disociación del nitrógeno y el metano, formando cianuro de hidrógeno y acetileno. Se han estudiado extensamente otras reacciones. [199]
Se ha informado que cuando se aplicó energía a una combinación de gases como los de la atmósfera de Titán, entre los muchos compuestos producidos se encontraban cinco bases de nucleótidos , los componentes básicos del ADN y el ARN . Además, se encontraron aminoácidos , los componentes básicos de las proteínas . Fue la primera vez que se encontraron bases de nucleótidos y aminoácidos en un experimento de este tipo sin la presencia de agua líquida. [200]
El 3 de abril de 2013, la NASA informó que podrían surgir sustancias químicas orgánicas complejas en Titán basándose en estudios que simulan la atmósfera de Titán. [59]
El 6 de junio de 2013, científicos del IAA-CSIC informaron de la detección de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) en la atmósfera superior de Titán. [60] [61]
El 26 de julio de 2017, los científicos de Cassini identificaron positivamente la presencia de aniones de cadena de carbono en la atmósfera superior de Titán que parecían estar involucrados en la producción de grandes compuestos orgánicos complejos. [201] Se sabía anteriormente que estas moléculas altamente reactivas contribuían a la construcción de compuestos orgánicos complejos en el medio interestelar, lo que destacaba un trampolín posiblemente universal para producir material orgánico complejo. [202]
El 28 de julio de 2017, los científicos informaron que se había encontrado en Titán acrilonitrilo , o cianuro de vinilo , (C 2 H 3 CN), posiblemente esencial para la vida por estar relacionado con la formación de membranas celulares y estructuras de vesículas . [203] [204] [205]
En octubre de 2018, los investigadores informaron sobre vías químicas de baja temperatura desde compuestos orgánicos simples hasta compuestos químicos complejos de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH). Estas vías químicas pueden ayudar a explicar la presencia de HAP en la atmósfera de baja temperatura de Titán y pueden ser vías importantes, en términos de la hipótesis mundial de HAP , en la producción de precursores de sustancias bioquímicas relacionadas con la vida tal como la conocemos. [206] [207]
Las simulaciones de laboratorio han llevado a la sugerencia de que existe suficiente material orgánico en Titán para iniciar una evolución química análoga a la que se cree que inició la vida en la Tierra. La analogía supone la presencia de agua líquida durante períodos más largos de lo que se observa actualmente; Varias hipótesis postulan que el agua líquida de un impacto podría conservarse bajo una capa de aislamiento congelada. [208] También se ha planteado la hipótesis de que podrían existir océanos de amoníaco líquido en las profundidades de la superficie. [194] [209] Otro modelo sugiere una solución de amoníaco y agua a una profundidad de hasta 200 kilómetros (120 millas) debajo de una corteza de agua y hielo con condiciones que, aunque extremas para los estándares terrestres, son tales que la vida podría sobrevivir. [195] La transferencia de calor entre las capas interior y superior sería fundamental para sustentar cualquier vida oceánica subsuperficial. [194] La detección de vida microbiana en Titán dependería de sus efectos biogénicos, examinando el metano y el nitrógeno atmosféricos. [195]
Se ha especulado que podría existir vida en los lagos de metano líquido de Titán, del mismo modo que los organismos de la Tierra viven en el agua. [210] Dichos organismos inhalarían H 2 en lugar de O 2 , lo metabolizarían con acetileno en lugar de glucosa y exhalarían metano en lugar de dióxido de carbono. [196] [210] Sin embargo, tales organismos hipotéticos tendrían que metabolizarse a una temperatura de congelación de −179,2 °C (−290,6 °F; 94,0 K). [193]
Todas las formas de vida en la Tierra (incluidas las metanógenas ) utilizan agua líquida como disolvente; Se especula que la vida en Titán podría utilizar en su lugar un hidrocarburo líquido, como metano o etano, [211] aunque el agua es un disolvente más fuerte que el metano. [212] El agua también es más reactiva químicamente y puede descomponer moléculas orgánicas grandes mediante hidrólisis . [211] Una forma de vida cuyo disolvente fuera un hidrocarburo no correría el riesgo de que sus biomoléculas fueran destruidas de esta manera. [211]
En 2005, el astrobiólogo Chris McKay argumentó que si existiera vida metanogénica en la superficie de Titán, probablemente tendría un efecto mensurable en la proporción de mezcla en la troposfera de Titán: los niveles de hidrógeno y acetileno serían considerablemente más bajos de lo esperado. Suponiendo tasas metabólicas similares a las de los organismos metanogénicos de la Tierra, la concentración de hidrógeno molecular se reduciría en un factor de 1.000 en la superficie de Titanio únicamente debido a un hipotético sumidero biológico. McKay señaló que, si realmente hay vida, las bajas temperaturas en Titán darían como resultado procesos metabólicos muy lentos, que posiblemente podrían acelerarse mediante el uso de catalizadores similares a las enzimas. También señaló que la baja solubilidad de los compuestos orgánicos en metano presenta un desafío más importante para cualquier forma de vida posible. Las formas de transporte activo y los organismos con grandes relaciones superficie-volumen podrían, en teoría, reducir las desventajas que plantea este hecho. [210]
En 2010, Darrell Strobel, de la Universidad Johns Hopkins , identificó una mayor abundancia de hidrógeno molecular en las capas atmosféricas superiores de Titán en comparación con las capas inferiores, argumentando a favor de un flujo descendente a una velocidad de aproximadamente 10 28 moléculas por segundo y la desaparición del hidrógeno. cerca de la superficie de Titán; Como señaló Strobel, sus hallazgos estaban en línea con los efectos que McKay había predicho si estuvieran presentes formas de vida metanogénicas . [210] [212] [213] El mismo año, otro estudio mostró bajos niveles de acetileno en la superficie de Titán, que McKay interpretó como consistentes con la hipótesis de que los organismos consumen hidrocarburos. [212] Aunque reiteró la hipótesis biológica, advirtió que otras explicaciones para los hallazgos de hidrógeno y acetileno son más probables: las posibilidades de procesos físicos o químicos aún no identificados (por ejemplo, un catalizador de superficie que acepta hidrocarburos o hidrógeno), o fallas en los modelos actuales. del flujo de materiales. [196] Es necesario fundamentar los datos de composición y los modelos de transporte, etc. Aun así, a pesar de decir que una explicación catalítica no biológica sería menos sorprendente que una biológica, McKay señaló que el descubrimiento de un catalizador efectivo a 95 K (- 180 °C) seguiría siendo significativo. [196] Con respecto a los hallazgos del acetileno, Mark Allen, el investigador principal del equipo Titán del Instituto de Astrobiología de la NASA, proporcionó una explicación especulativa y no biológica: la luz solar o los rayos cósmicos podrían transformar el acetileno de los aerosoles helados en la atmósfera en partículas más complejas. moléculas que caerían al suelo sin firma de acetileno. [214]
Como señala la NASA en su artículo informativo sobre los hallazgos de junio de 2010: "Hasta la fecha, las formas de vida basadas en metano son sólo hipotéticas. Los científicos aún no han detectado esta forma de vida en ninguna parte". [212] Como también dice la declaración de la NASA: "algunos científicos creen que estas firmas químicas refuerzan el argumento a favor de una forma de vida primitiva y exótica o precursora de la vida en la superficie de Titán". [212]
En febrero de 2015, se modeló una membrana celular hipotética capaz de funcionar en metano líquido en condiciones de temperaturas criogénicas (congelación profunda). Compuesta por pequeñas moléculas que contienen carbono, hidrógeno y nitrógeno, tendría la misma estabilidad y flexibilidad que las membranas celulares de la Tierra, que están compuestas por fosfolípidos , compuestos de carbono, hidrógeno, oxígeno y fósforo . Esta hipotética membrana celular se denominó " azotosoma ", una combinación de "azote", que en francés significa nitrógeno, y " liposoma ". [215] [216]
A pesar de estas posibilidades biológicas, existen obstáculos formidables para la vida en Titán, y cualquier analogía con la Tierra es inexacta. A una gran distancia del Sol , Titán es frío y su atmósfera carece de CO2 . En la superficie de Titán, el agua sólo existe en forma sólida. Debido a estas dificultades, científicos como Jonathan Lunine han visto a Titán menos como un hábitat probable para la vida que como un experimento para examinar hipótesis sobre las condiciones que prevalecían antes de la aparición de la vida en la Tierra. [217] Aunque la vida misma puede no existir, las condiciones prebióticas en Titán y la química orgánica asociada siguen siendo de gran interés para comprender la historia temprana de la biosfera terrestre. [197] El uso de Titán como experimento prebiótico implica no sólo la observación a través de naves espaciales, sino también experimentos de laboratorio y modelado químico y fotoquímico en la Tierra. [199]
Se plantea la hipótesis de que los grandes impactos de asteroides y cometas en la superficie de la Tierra pueden haber provocado que fragmentos de roca cargada de microbios escaparan de la gravedad de la Tierra, lo que sugiere la posibilidad de panspermia . Los cálculos indican que estos encontrarían muchos de los cuerpos del Sistema Solar, incluido Titán. [218] [219] Por otro lado, Jonathan Lunine ha argumentado que cualquier ser vivo en los lagos criogénicos de hidrocarburos de Titán tendría que ser tan diferente químicamente de la vida en la Tierra que no sería posible que uno fuera el antepasado del otro. [220]
Las condiciones en Titán podrían volverse mucho más habitables en un futuro lejano. Dentro de cinco mil millones de años, cuando el Sol se convierta en un gigante subrojo , la temperatura de su superficie podría aumentar lo suficiente como para que Titán pueda soportar agua líquida en su superficie, lo que lo haría habitable. [221] A medida que la producción ultravioleta del Sol disminuye, la neblina en la atmósfera superior de Titán se agotará, disminuyendo el efecto anti-invernadero en la superficie y permitiendo que el invernadero creado por el metano atmosférico desempeñe un papel mucho mayor. Estas condiciones juntas podrían crear un entorno habitable y podrían persistir durante varios cientos de millones de años. Se propone que este fue el tiempo suficiente para que se generara vida simple en la Tierra, aunque la mayor viscosidad de las soluciones de amoníaco y agua junto con las bajas temperaturas provocarían que las reacciones químicas se desarrollaran más lentamente en Titán. [222]
