Titán es la luna más grande de Saturno y la segunda más grande del Sistema Solar . Es la única luna que se sabe que tiene una atmósfera más densa que la de la Tierra y es el único objeto conocido en el espacio (aparte de la Tierra ) en el que se ha encontrado evidencia clara de cuerpos estables de líquido en la superficie. Titán es una de las siete lunas gravitacionalmente redondeadas de Saturno y la segunda más distante entre ellas. Frecuentemente descrito como una luna parecida a un planeta , Titán tiene un 50% más de diámetro que la Luna de la Tierra y un 80% más masivo. Es la segunda luna más grande del Sistema Solar después de Ganímedes de Júpiter y es más grande que Mercurio , pero sólo un 40% de su masa debido a que este último está compuesto principalmente de hierro y roca densos, mientras que una gran porción de Titán es hielo menos denso. .
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 a Saturno a 20 radios de Saturno o 1.200.000 km sobre la superficie aparente 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, con 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. 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 superrotación atmosférica. . 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 está compuesta principalmente de nitrógeno y metano ; Los componentes menores conducen a la formación de nubes de hidrocarburos y una densa neblina de organonitrógeno . Su 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 casi se parece al 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 es considerado el objeto celeste más parecido a la Tierra del Sistema Solar.
El astrónomo holandés Christiaan Huygens descubrió Titán el 25 de marzo de 1655. [16] [17] [18] Fascinado por el descubrimiento de Galileo en 1610 de las cuatro lunas más grandes de Júpiter y sus avances en la tecnología de los telescopios, Huygens, 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. [19]
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 ). [20] Después de que Giovanni Domenico Cassini publicara sus descubrimientos de cuatro lunas más de Saturno entre 1673 y 1686, los astrónomos comenzaron a 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". [21] La Unión Astronómica Internacional numera oficialmente a Titán como "Saturno VI". [22]
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 . [23] [24] Desde entonces se han descubierto numerosas lunas pequeñas alrededor de Saturno. [25] 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 . [22]
Las lunas regulares de Júpiter y Saturno probablemente 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 tiene 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 perturbadas 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. [26] Un análisis de 2014 del nitrógeno atmosférico de Titán sugirió que posiblemente provenía de material similar al encontrado en la nube de Oort y no de fuentes presentes durante la coacreción de materiales alrededor de Saturno. [27]
Titán orbita Saturno una vez cada 15 días y 22 horas. [28] 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, [30] [31] y el plano orbital está inclinado 0,348 grados con respecto al ecuador de Saturno. [32]
El satélite Hyperion, pequeño y de forma irregular, está encerrado en una resonancia orbital de 3:4 con Titán, es decir, Hyperion orbita tres veces por cada cuatro veces que Titán orbita. Hyperion probablemente se formó en una isla orbital estable, mientras que el enorme Titán absorbió o expulsó cualquier otro cuerpo que se acercara. [33]
Titán tiene 5.149,46 kilómetros (3.199,73 millas) de diámetro; [7] es un 6% más grande que el planeta Mercurio y un 50% más grande que la Luna de la Tierra . [34] Titán es el décimo objeto más grande del sistema solar, incluido el Sol . [35] Antes de la llegada de la Voyager 1 en 1980, se pensaba que Titán era ligeramente más grande que Ganímedes , [17] que tiene un diámetro de 5.262 kilómetros (3.270 millas) y, por lo tanto, la luna más grande del Sistema Solar. [36] [37] [38] Esta fue una sobreestimación causada por la atmósfera densa y opaca de Titán, con una capa de neblina entre 100 y 200 kilómetros sobre su superficie. Esto aumenta su diámetro aparente. [39] El diámetro y la masa de Titán (y por tanto su densidad) son similares a los de las lunas jovianas Ganímedes y Calisto . [40] Basado en su densidad aparente de 1,881 g/cm 3 , la composición de Titán es 40-60% roca, siendo el resto hielo de agua y otros materiales. [41] : 30
Titán probablemente esté parcialmente diferenciado en distintas capas con un centro rocoso de 3.400 kilómetros (2.100 millas). [42] Se cree que este centro rocoso está rodeado por varias capas compuestas de diferentes formas cristalinas de hielo y/o agua. [43] 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. [44] 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). [45] 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 . [46] 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. . [47] 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. [48] La comparación del campo de gravedad con las observaciones topográficas basadas en RADAR [49] también sugiere que la capa de hielo puede ser sustancialmente rígida. [50] [51]
Titán es una de las dos lunas conocidas con una atmósfera significativa , y Tritón alberga la otra, [52] 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. [53] 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, [54] 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. [55] La menor gravedad de Titán significa que su atmósfera está mucho más extendida que la de la Tierra. [56] 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. [57] 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. [58]
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. [59] Titán pasa el 95% de su tiempo dentro de la magnetosfera de Saturno, lo que puede ayudar a protegerlo del viento solar . [60]
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. [61] El origen último del metano en su atmósfera puede ser su interior, liberado a través de erupciones de criovolcanes . [62] [63] [64] [65] El 3 de abril de 2013, la NASA informó que sustancias químicas orgánicas complejas , colectivamente llamadas tolinas , probablemente surgen en Titán, según estudios que simulan la atmósfera de Titán. [66] El 6 de junio de 2013, científicos del IAA-CSIC informaron de la detección de hidrocarburos aromáticos policíclicos en la atmósfera superior de Titán. [67] [68]
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). [69] 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. [59]
El 24 de octubre de 2014 se encontró metano en las nubes polares de Titán. [70] [71] 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 . [72] [73]
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. [74] Titán recibe aproximadamente el 1% de la luz solar que la Tierra. [75] 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 . [76]
El metano atmosférico crea un efecto invernadero en la superficie de Titán, sin el cual Titán sería mucho más frío. [77] 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. [78]
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. [39] Los hallazgos de la sonda Huygens indican que la atmósfera de Titán llueve periódicamente metano líquido y otros compuestos orgánicos sobre su superficie. [80]
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 del sur generan una 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. [81] 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. [82] Cuando cambien las estaciones, se espera que el etano comience a condensarse sobre el polo sur. [83]
La superficie de Titán ha sido descrita como "compleja, procesada por fluidos y geológicamente joven". [84] 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. [85] La atmósfera de Titán es cuatro veces más espesa que la de la Tierra, [86] lo que dificulta que los instrumentos astronómicos obtengan imágenes de su superficie en el espectro de luz visible. [87] 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, [50] [51] lo que sugeriría poca actividad geológica. [88] También hay rayas, algunas de ellas de cientos de kilómetros de longitud, que parecen ser causadas por partículas arrastradas por el viento. [89] [90] 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 desde varios cientos de metros hasta más de 1 kilómetro de altura. [91]
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. [92] 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. [93] 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. [94] [95]
Tras los sobrevuelos de la Voyager , se confirmó que Titán tenía una atmósfera capaz de soportar hidrocarburos líquidos en su superficie. Sin embargo, la primera detección tentativa no se produjo hasta 1995, cuando los datos del Telescopio Espacial Hubble y las observaciones de radar sugirieron grandes lagos, mares u océanos de hidrocarburos. [96] La existencia de hidrocarburos líquidos en Titán fue finalmente confirmada in situ por el orbitador Cassini , y el equipo de la misión Cassini anunció "evidencia definitiva de la presencia de lagos llenos de metano líquido en Titán, la luna de Saturno" en enero de 2007. [97] [98]
Los lagos y mares observados en Titán se limitan en gran medida a sus regiones polares, donde las temperaturas más frías permiten la presencia de hidrocarburos líquidos permanentes. [99] : 58 Cerca del polo norte de Titán se encuentran Kraken Mare, el mar más grande; Ligeia Mare, el segundo mar más grande; y Punga Mare, cada uno de los cuales llena amplias depresiones y representa en conjunto aproximadamente el 80% de la cobertura de mares y lagos de Titán: 691.000 kilómetros cuadrados (267.000 millas cuadradas) combinados. [a] Los niveles del mar de los tres marías son similares, lo que sugiere que pueden estar conectados hidráulicamente. Mientras tanto, la región del polo sur alberga cuatro amplias depresiones secas, que potencialmente representan fondos marinos secos. Otros lagos más pequeños ocupan las regiones polares de Titán, cubriendo una superficie acumulada de 215.000 kilómetros cuadrados (83.000 millas cuadradas). Se han propuesto lagos en las regiones ecuatoriales y de latitudes más bajas de Titán, aunque ninguno ha sido confirmado; Los lagos ecuatoriales estacionales o transitorios pueden acumularse después de grandes tormentas. [99] : Se han utilizado 60 datos del RADAR de Cassini para realizar batimetría de los mares y lagos de Titán. Utilizando los reflejos del subsuelo detectados, la profundidad máxima medida de Ligeia Mare es de aproximadamente 200 metros (660 pies), y la de Ontario Lacus es de aproximadamente 90 metros (300 pies). [99] : 67–70
Los lagos y mares de Titán están dominados por metano ( CH 4 ), con cantidades más pequeñas de etano ( C 2 H 6 ) y nitrógeno disuelto ( N 2 ). La fracción de estos componentes varía entre los diferentes cuerpos: las observaciones de Ligeia Mare son consistentes con 71% CH4 , 12% C2H6 y 17% N2 en volumen ; mientras que Ontario Lacus es consistente con 49% CH4 , 41 % C2H6 y 10% N2 en volumen . Como Titán está sincronizado con Saturno, existe un aumento de marea permanente de aproximadamente 100 metros (330 pies) en los puntos sub y anti-saturniano. La excentricidad orbital de Titán significa que la aceleración de las mareas varía en un 9%, aunque el largo período orbital significa que estos ciclos de mareas son muy graduales. [99] : 70–71 Un equipo de investigadores dirigido por Ralph D. Lorenz evaluó que el rango de marea de los principales mares de Titán es de alrededor de 0,2 a 0,8 metros (0,66 a 2,62 pies). [100] : 12
A través del mapeo RADAR de Cassini de la superficie de Titán, múltiples autores han interpretado numerosos accidentes geográficos como candidatos a características criovolcánicas y tectónicas . [101] : 14 Un análisis de 2016 de las crestas montañosas de Titán reveló que las crestas se concentran en las regiones ecuatoriales de Titán, lo que implica que las crestas se forman con más frecuencia o están mejor conservadas en regiones de latitudes bajas. Las crestas, orientadas principalmente de este a oeste, tienen una forma lineal a arqueada, y los autores del análisis las comparan con cinturones plegados terrestres indicativos de compresión o convergencia horizontal. Señalan que la distribución global de las crestas de Titán podría ser indicativa de una contracción global, con una capa de hielo engrosada que causa un levantamiento regional. [101] : 23-25
La identificación de características criovolcánicas en Titán sigue siendo controvertida y no concluyente, principalmente debido a las limitaciones de las imágenes y la cobertura de Cassini . Las imágenes de Cassini RADAR y VIMS revelaron varias características criovolcánicas candidatas, particularmente terrenos similares a flujos en el oeste de Xanadú y lagos empinados en el hemisferio norte que se asemejan a los cráteres de Maar en la Tierra, que son creados por erupciones subterráneas explosivas. La característica más probable de un criovolcán es un complejo de accidentes geográficos que incluye dos montañas, Doom Mons y Erebor Mons ; una gran depresión, Sotra Patera ; y un sistema de características similares a un flujo, Mohini Fluctus. Entre 2005 y 2006, partes de Sotra Patera y Mohini Fluctus se volvieron significativamente más brillantes mientras que las llanuras circundantes permanecieron sin cambios, lo que podría ser indicativo de actividad criovolcánica en curso. [102] : 21-23 Las líneas indirectas de evidencia de criovulcanismo incluyen la presencia de Argón-40 en la atmósfera de Titán. El 40 Ar radiogénico proviene de la desintegración del 40 K y probablemente se ha producido dentro de Titán a lo largo de miles de millones de años dentro de su núcleo rocoso. 40 Por lo tanto, la presencia de Ar en la atmósfera de Titán respalda la geología activa en Titán, siendo el criovulcanismo un método posible para elevar el isótopo desde el interior. [103]
La superficie de Titán tiene comparativamente pocos cráteres de impacto, y la erosión, la tectónica y el criovulcanismo posiblemente trabajen para borrarlos con el tiempo. [85] En comparación con los cráteres de Ganímedes y Calisto, de estructura y tamaño similar, los de Titán son mucho menos profundos. Muchos tienen pisos oscuros de sedimentos; El análisis geomorfológico de los cráteres de impacto sugiere en gran medida que la erosión y el entierro son los principales mecanismos de modificación de los cráteres. [104] : 2 Los cráteres de Titán tampoco están distribuidos uniformemente, ya que las regiones polares casi carecen de cráteres identificados, mientras que la mayoría están ubicados en los campos de dunas ecuatoriales. Esta desigualdad puede ser el resultado de los océanos que alguna vez ocuparon los polos de Titán, la deposición de sedimentos polares por lluvias pasadas o el aumento de las tasas de erosión en las regiones polares. [102] : 19
La mayor parte de la superficie de Titán está cubierta por llanuras. De los diversos tipos de llanuras observadas, las más extensas son las Llanuras Indiferenciadas, que abarcan vastas regiones uniformes y oscuras como el radar. [102] : 15 Estas llanuras de latitud media, ubicadas en gran medida entre 20 y 60 ° al norte o al sur, parecen más jóvenes que todas las características geológicas principales, excepto las dunas y varios cráteres. [105] : 177 Las llanuras indiferenciadas probablemente se formaron mediante procesos impulsados por el viento y estaban compuestas de sedimentos ricos en materia orgánica. [105] : 180
Otro tipo extenso de terreno en Titán son las dunas de arena, agrupadas en vastos campos de dunas o "mares de arena" ubicados dentro de los 30° al norte o al sur. Las dunas de Titán suelen tener entre 1 y 2 kilómetros (0,62 a 1,24 millas) de ancho y están espaciadas entre 1 y 4 kilómetros (0,62 a 2,49 millas), con algunas dunas individuales de más de 100 kilómetros (62 millas) de longitud. Los datos limitados de altura derivados del radar sugieren que las dunas tienen entre 80 y 130 metros (260 y 430 pies) de altura, y que las dunas aparecen oscuras en las imágenes de Cassini SAR. Las interacciones entre las dunas y los obstáculos, como las montañas, indican que la arena generalmente se transporta en dirección de oeste a este. La arena que construye las dunas está dominada por material orgánico, probablemente procedente de la atmósfera de Titán; Las posibles fuentes de arena incluyen los canales de los ríos o las Llanuras Indiferenciadas. [102] : 16-18
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. [106] Titán tiene una magnitud aparente máxima de +8,2, [13] y una magnitud de oposición media de 8,4. [107] Esto se compara con +4,6 para Ganímedes de tamaño similar, en el sistema joviano. [107]
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. [108]
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. [109] Tomó imágenes de Titán, incluidos Titán y Saturno juntos, entre mediados y finales de 1979. [110] La calidad pronto fue superada por las dos Voyager . [111]
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. [112] 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 , [113] 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. [112] : 94
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. [114] 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 . [115]
Huygens fue una sonda atmosférica que aterrizó en Titán el 14 de enero de 2005, [116] descubriendo que muchas de las características de su superficie parecen haber sido formadas por fluidos en algún momento del pasado. [117] Titán es el cuerpo más distante de la Tierra en el que una sonda espacial aterriza en su superficie. [118]
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. [119]
Después del aterrizaje, Huygens fotografió una llanura oscura cubierta de pequeñas rocas y guijarros, compuestos de hielo de agua. [119] 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. [120]
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. [121]
La misión Dragonfly , desarrollada y operada por el Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins , se lanzará en julio de 2028. [122] Consiste en un gran dron propulsado por un RTG para volar en la atmósfera de Titán como New Frontiers 4. [123] [ 124] Sus instrumentos estudiarán hasta dónde pudo haber progresado la química prebiótica . [125] Está previsto que la misión llegue a Titán a mediados de la década de 2030. [124]
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. La Misión Titán Saturno (TSSM) fue una propuesta conjunta de la NASA y la ESA para la exploración de las lunas de Saturno . [126] 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. [127] El propuesto Titan Mare Explorer (TiME) era un módulo de aterrizaje de bajo costo que aterrizaría en Ligeia Mare en el hemisferio norte de Titán. La sonda flotaría mientras investigaba el ciclo de los hidrocarburos de Titán, la química del mar y los orígenes de Titán. [128] 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, [129] pero no fue seleccionado para volar. [130]
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. [131] [132]
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). [133] 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 a simplemente flotar en el lago cuando caiga. [133]
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. [134] [135]
En 2015, el programa Conceptos Avanzados Innovadores (NIAC) de la NASA otorgó una subvención de Fase II [136] a un estudio de diseño de un submarino Titán para explorar los mares de Titán. [137] [138] [139]
Se cree que Titán es un ambiente prebiótico rico en compuestos orgánicos complejos , [66] [140] 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. [141] 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. [142] [143] [144]
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. [145] 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. [146] [140]
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. [147]
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. [148]
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. [149] También se ha planteado la hipótesis de que podrían existir océanos de amoníaco líquido en las profundidades de la superficie. [142] [150] 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. [143] La transferencia de calor entre las capas interior y superior sería fundamental para sustentar cualquier vida oceánica subsuperficial. [142] La detección de vida microbiana en Titán dependería de sus efectos biogénicos, examinando el metano y el nitrógeno atmosféricos. [143]
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. [151] 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. [144] [151] Sin embargo, tales organismos hipotéticos tendrían que metabolizarse a una temperatura de congelación de −179,2 °C (−290,6 °F; 94,0 K). [141]
Todas las formas de vida en la Tierra (incluidos los metanógenos ) utilizan agua líquida como disolvente; Se especula que la vida en Titán podría utilizar en su lugar un hidrocarburo líquido, como metano o etano, [152] aunque el agua es un disolvente más fuerte que el metano. [153] El agua también es más reactiva químicamente y puede descomponer moléculas orgánicas grandes mediante hidrólisis . [152] Una forma de vida cuyo disolvente fuera un hidrocarburo no correría el riesgo de que sus biomoléculas fueran destruidas de esta manera. [152]
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. [151]
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 . [151] [153] [154] 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. [153] 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. [144] 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. [144] 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. [155]
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". [153] 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". [153]
En febrero de 2015, se modeló una membrana celular hipotética capaz de funcionar en metano líquido en condiciones de temperaturas criogénicas (congelación profunda). Compuesto 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 ". [156] [157]
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 CO 2 . 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 posible hábitat 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. [158] 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. [145] El uso de Titán como experimento prebiótico implica no solo la observación a través de naves espaciales, sino también experimentos de laboratorio y modelado químico y fotoquímico en la Tierra. [147]
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. [159] [160] 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. [161]
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 una gigante subroja , 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. [162] 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 tiempo suficiente para que la vida simple se generara 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. [163]
![Otra imagen de Titán tomada por la Voyager 2 el 23 de agosto de 1981, unos meses después de que la Voyager 1 llegara por primera vez a Saturno. La nave espacial estaba a unos 2.300.000 kilómetros o 1.400.000 millas de la Luna.[167]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1b/Voyager_2_-_Titan_-_3128_7866_2.png/1280px-Voyager_2_-_Titan_-_3128_7866_2.png)
![Una imagen de Titán frente a Saturno mientras la luna más pequeña Dione pasa detrás de su luna hermana. El polo norte de Titán está cubierto por una capa atmosférica que aparece como una capa desprendida en la parte superior de la luna. Fotografiada el 21 de mayo de 2011 por la nave espacial Cassini.[168]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5f/Dione_behind_Titan.webp/1280px-Dione_behind_Titan.webp.png)
![Tetis a medida que avanza pasa detrás del halo atmosférico de Titán. En realidad, Tetis no está entrando en la atmósfera de Titán ya que los dos están a 1.200.000 kilómetros o 750.000 millas uno del otro en esta imagen. Fotografiada el 26 de noviembre de 2011 por la nave espacial Cassini.[170]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/78/Tethys_behind_Titan.png/1280px-Tethys_behind_Titan.png)
![La primera imagen en primer plano de Titán, tomada por Pioneer 11 el 1 de septiembre de 1979, desde una distancia de 3.540.000 kilómetros o 2.200.000 millas.[164]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/72/Pntitan.jpg/1280px-Pntitan.jpg)
![Una imagen mejorada de Titán por la Voyager 1, tomada el 11 de noviembre de 1980, durante un sobrevuelo específico desde una distancia de 4.000 kilómetros o 2.500 millas.[165][166]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/db/Titan.jpg/1280px-Titan.jpg)
![Titán (el más grande) junto con Rea y Mimas (el más pequeño) en forma de media luna, formando una triple media luna.[169] La enorme atmósfera de Titán se ve claramente extendiéndose hacia el espacio, mientras que Rhea y Mimas no tienen ninguna.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ed/Saturn_Triple_Crescent.jpg/1280px-Saturn_Triple_Crescent.jpg)
![Una versión muy mejorada del lado nocturno de Titán en comparación con la fotografía anterior del lado nocturno de la Voyager 2. Fotografiada por la nave espacial Cassini, más avanzada, el 12 de octubre de 2009.[171]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d6/Titan_-_June_29_2007_(24081472668).jpg/1280px-Titan_-_June_29_2007_(24081472668).jpg)
![Mapa geológico global de Titán (2019)[172]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a7/First_global_geologic_map_of_Titan_(PIA23174).jpg/1280px-First_global_geologic_map_of_Titan_(PIA23174).jpg)
