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Titán (luna)

Titán es la luna más grande de Saturno y la segunda más grande del Sistema Solar . Es la única luna conocida 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 hay evidencia clara de que existen cuerpos estables de líquido. Titán es una de las siete lunas gravitacionalmente redondeadas de Saturno y la segunda más distante entre ellas. Frecuentemente descrito como una luna similar 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 Ganimedes de Júpiter y es más grande que Mercurio ; sin embargo, Titán es solo un 40% tan masivo como Mercurio, porque Mercurio es principalmente hierro y roca, mientras que gran parte de Titán es hielo, que es 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 Saturno a 20 radios de Saturno o 1.200.000 km sobre la superficie aparente de Saturno. Desde la superficie de Titán, Saturno subtiende 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 subtiende 0,48° de arco.

Titán está compuesto principalmente de hielo y material rocoso, con un núcleo rocoso rodeado de varias capas de hielo, incluida una corteza de hielo I h ​​y una capa subterránea de agua líquida rica en amoníaco. Al igual que sucedió con Venus antes de la Era Espacial , la atmósfera densa y 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 generalmente lisa, con pocos cráteres de impacto , aunque se han encontrado montañas y varios posibles criovolcanes .

La atmósfera de Titán está compuesta principalmente por nitrógeno y metano ; algunos componentes menores dan lugar a la formación de nubes de hidrocarburos y una densa neblina de organonitrógeno . Su clima —incluido 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 asemeja al ciclo del agua de la Tierra , aunque a una temperatura mucho más baja de unos 94 K (−179 °C; −290 °F). Debido a estos factores, se dice que Titán es el objeto celeste más parecido a la Tierra en el Sistema Solar.

Descubrimiento y denominación

Christiaan Huygens descubrió Titán en 1655.

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 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 bautizó 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 estas y a Titán como Saturno I a V (con Titán en ese momento en cuarta posición). Otros epítetos tempranos para Titán incluyen «satélite ordinario de Saturno». [21] La Unión Astronómica Internacional clasifica oficialmente a Titán como «Saturno VI». [22]

El nombre Titán , y los nombres de los siete satélites de Saturno conocidos entonces, provienen de John Herschel (hijo de William Herschel , descubridor de otras dos lunas saturninas, Mimas y Encélado ), en su publicación de 1847 Results of Astronomical Observations Made during the Years 1834, 5, 6, 7, 8, at the Cape of Good Hope . [23] [24] Desde entonces se han descubierto numerosas lunas pequeñas alrededor de Saturno. [25] Las lunas saturninas reciben nombres de gigantes mitológicos. El nombre Titán proviene de los Titanes , una raza de inmortales en la mitología griega . [22]

Formación

Las lunas regulares de Júpiter y Saturno probablemente se formaron por coacreción , un proceso similar al que se cree que formó los planetas del Sistema Solar. A medida que se formaban los jóvenes gigantes gaseosos, estaban rodeados de discos de material que gradualmente se fusionaron para formar lunas. Si bien las cuatro lunas galileanas de Júpiter existen 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 solo 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 las lunas galileanas de Júpiter, pero que fueron interrumpidas por una serie de impactos gigantes , que luego formarían 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]

Órbita y rotación

La órbita de Titán (resaltada en rojo) entre las otras grandes lunas interiores de Saturno. Las lunas que se encuentran fuera de su órbita son (de afuera hacia adentro) Jápeto e Hiperión; las que se encuentran dentro son Rea, Dione, Tetis, Encélado y Mimas.

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 en Titán se miden hacia el oeste, comenzando desde el meridiano que pasa por este punto. [29] Su excentricidad orbital es de 0,0288, [30] [31] y el plano orbital está inclinado 0,348 grados con respecto al ecuador de Saturno. [32]

El satélite Hyperion, pequeño e irregular, está en una resonancia orbital de 3:4 con Titán, es decir, Hyperion orbita tres veces por cada cuatro veces que orbita Titán. Hyperion probablemente se formó en una isla orbital estable, mientras que el enorme Titán absorbió o expulsó a cualquier otro cuerpo que se acercara. [33]

Características a granel

Titán tiene 5149,46 kilómetros (3199,73 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 conocido en el 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 5262 kilómetros (3270 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 de 100 a 200 kilómetros sobre su superficie. Esto aumenta su diámetro aparente. [39] El diámetro y la masa de Titán (y por lo tanto su densidad) son similares a los de las lunas jovianas Ganímedes y Calisto . [40] Basándose en su densidad aparente de 1,881 g/cm 3 , la composición de Titán es de un 40 a un 60 % de roca, y el resto es hielo de agua y otros materiales. [41] : 30 

Titán probablemente está parcialmente diferenciado en capas distintas 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 poco restringido. El interior todavía puede estar lo suficientemente caliente como para que haya una capa líquida que consista en un " magma " compuesto de agua y amoníaco entre la corteza de hielo y las capas de hielo más profundas hechas de formas de hielo de alta presión. El flujo de calor desde el interior de Titán puede incluso ser demasiado alto para que se formen hielos de alta presión, y las capas más externas en cambio 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 la 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 reflector deficiente 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 sonda 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 el campo gravitatorio varía a medida que Titán orbita Saturno. [48] La comparación del campo gravitatorio con las observaciones topográficas basadas en RADAR [49] también sugiere que la capa de hielo puede ser sustancialmente rígida. [50] [51]

Atmósfera

Diagrama vertical de la atmósfera de Titán

Titán es la única luna del Sistema Solar con una atmósfera más densa que la de la Tierra, con una presión superficial de 1.448 atm, [52] : 834  y es una de las dos únicas lunas cuyas atmósferas son capaces de soportar nubes, neblinas y clima (la otra es la luna de Neptuno, Tritón) . [53] [52] : 872  La presencia de una atmósfera significativa fue sospechada por primera vez por el astrónomo catalán Josep Comas i Solà , quien observó un oscurecimiento distintivo del limbo en Titán en 1903. [54] Debido a la extensa y brumosa atmósfera, se pensó que Titán era la luna más grande del Sistema Solar hasta que las misiones Voyager revelaron que Ganímedes es ligeramente más grande. [52] : 831  La neblina también cubría la superficie de Titán de la vista, por lo que no se pudieron tomar imágenes directas de su superficie hasta la misión Cassini-Huygens en 2004. [55]

Los componentes principales de la atmósfera de Titán son nitrógeno, metano e hidrógeno. [56] : 243  La composición atmosférica precisa varía dependiendo de la altitud y la latitud debido al ciclo del metano entre un gas y un líquido en la atmósfera inferior de Titán: el ciclo del metano. [57] [58] El nitrógeno es el gas más abundante, con una concentración de alrededor del 98,6% en la estratosfera que disminuye al 95,1% en la troposfera. Las observaciones directas de la sonda Huygens determinaron que las concentraciones de metano son más altas cerca de la superficie, con una concentración del 4,92% que permanece relativamente constante hasta 8 kilómetros (5,0 mi) sobre la superficie. Las concentraciones de metano luego disminuyen gradualmente con el aumento de la altitud, hasta una concentración del 1,41% en la estratosfera. [56] : 243–244  El metano también aumenta en concentración cerca del polo invernal de Titán, probablemente debido a la evaporación de la superficie en las regiones de alta latitud. [58] : 385  El hidrógeno es el tercer gas más abundante, con una concentración de alrededor del 0,1%. [56] : 243  Hay trazas de otros hidrocarburos , como etano , diacetileno , metilacetileno , acetileno y propano , y 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 un esmog espeso de color naranja. [59]

La energía del Sol debería haber convertido todos los rastros de metano en 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 repuesto por un depósito en o dentro de Titán mismo. [60] El origen último del metano en su atmósfera puede ser su interior, liberado a través de erupciones de criovolcanes . [61] [62] [63] [64] El 3 de abril de 2013, la NASA informó que es probable que surjan sustancias químicas orgánicas complejas , colectivamente llamadas tolinas , en Titán, basándose en estudios que simulan la atmósfera de Titán. [65] El 6 de junio de 2013, científicos del IAA-CSIC informaron de la detección de hidrocarburos aromáticos policíclicos en la atmósfera superior de Titán. [66] [67]

El 30 de septiembre de 2013, la sonda espacial Cassini de la NASA detectó propeno en la atmósfera de Titán utilizando su espectrómetro infrarrojo compuesto (CIRS). [68] Esta es la primera vez que se ha encontrado propeno en una 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 sonda 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, teóricamente formados a través de la recombinación de radicales creados por la fotólisis ultravioleta del metano del Sol. [59]

Nubes polares, compuestas de metano, en Titán (izquierda) comparadas con nubes polares en la Tierra (derecha), que están compuestas de agua o hielo de agua.

Clima

Vórtice polar atmosférico sobre el polo sur de Titán

La temperatura superficial de Titán es de aproximadamente 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 estar limitado a la estratosfera. [69] Titán recibe aproximadamente el 1 % de la luz solar que recibe la Tierra. [70] Antes de que la luz solar llegue a la superficie, aproximadamente el 90 % ha sido absorbido por la espesa atmósfera, dejando solo el 0,1 % de la cantidad de luz que recibe la Tierra . [71]

El metano atmosférico crea un efecto invernadero en la superficie de Titán, sin el cual Titán sería mucho más frío. [72] 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. [73]

Nubes de metano (animación; julio de 2014). [74]

Las nubes de Titán, probablemente compuestas de metano, etano u otros compuestos orgánicos simples, están dispersas y son variables, marcando 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. [75]

Las nubes cubren típicamente el 1% del disco de Titán, aunque se han observado eventos de estallidos en los 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 solo después del solsticio de verano austral, sino también a mediados de la primavera. El aumento de la humedad del metano en el polo sur posiblemente contribuya a los rápidos aumentos en el tamaño de las nubes. [76] Fue 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 solar. [77] Cuando las estaciones cambien, se espera que el etano comience a condensarse sobre el polo sur. [78]

Características de la superficie

La superficie de Titán ha sido descrita como "compleja, procesada por fluidos y geológicamente joven". [79] Titán ha existido desde la formación del Sistema Solar, pero su superficie es mucho más joven, con entre 100 millones y 1.000 millones de años. Los procesos geológicos pueden haber remodelado la superficie de Titán. [80] La atmósfera de Titán es cuatro veces más gruesa que la de la Tierra, [81] lo que dificulta que los instrumentos astronómicos obtengan imágenes de su superficie en el espectro de luz visible. [82] La sonda espacial Cassini utilizó instrumentos infrarrojos, altimetría de radar e imágenes de radar de apertura sintética (SAR) para cartografiar partes de Titán durante sus sobrevuelos cercanos. Las primeras imágenes revelaron una geología diversa, con áreas tanto rugosas como lisas. Hay características que pueden ser de origen volcánico , que arrojan agua mezclada con amoníaco sobre la superficie. También hay evidencia de que la capa de hielo de Titán puede ser sustancialmente rígida, [50] [51] lo que sugeriría poca actividad geológica. [83] También hay características veteadas, algunas de ellas de cientos de kilómetros de longitud, que parecen ser causadas por partículas arrastradas por el viento. [84] [85] El examen también ha demostrado que la superficie es relativamente lisa; las pocas características que parecen ser cráteres de impacto parecían haber sido parcialmente rellenadas, tal vez por la lluvia de hidrocarburos o por criovulcanismo. La altimetría por radar sugiere que la variación topográfica es baja, típicamente 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. [86]

Estructura de la corteza helada de Titán.

La superficie de Titán está marcada por amplias regiones de terreno brillante y oscuro. Estas incluyen Xanadu , una gran área ecuatorial reflectante del tamaño de Australia. Fue identificada por primera vez en imágenes infrarrojas del Telescopio Espacial Hubble en 1994, y luego vista por la nave espacial Cassini . La región enrevesada está llena de colinas y cortada por valles y abismos. [87] Está atravesada 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 Xanadu es geológicamente joven. Alternativamente, los lineamientos pueden ser canales formados por líquido, lo que sugiere un terreno antiguo que ha sido atravesado por sistemas de corrientes. [88] Hay áreas oscuras de tamaño similar en otras partes de Titán, observadas desde el suelo y por Cassini ; al menos una de ellas, Ligeia Mare , el segundo mar más grande de Titán, es casi un mar de metano puro. [89] [90]

Lagos y mares

Región polar norte de Titán, que incluye sus tres mares ( maria ): Kraken Mare, Ligeia Mare y Punga Mare, así como lagos más pequeños ( lacūs ).

Tras los sobrevuelos de la Voyager , se confirmó que Titán tenía una atmósfera capaz de albergar 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 lagos, mares u océanos de hidrocarburos expansivos. [91] La existencia de hidrocarburos líquidos en Titán fue finalmente confirmada in situ por la sonda orbital Cassini , y el equipo de la misión Cassini anunció "evidencia definitiva de la presencia de lagos llenos de metano líquido en la luna Titán de Saturno" en enero de 2007. [92] [93]

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. [94] : 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 llenando amplias depresiones y representando 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 mares son similares, lo que sugiere que pueden estar conectados hidráulicamente. Mientras tanto, la región polar sur alberga cuatro amplias depresiones secas, que potencialmente representan lechos 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 estancarse después de fuertes tormentas. [94] : 60  Los datos RADAR de Cassini se han utilizado para realizar batimetría de los mares y lagos de Titán. Utilizando los reflejos subsuperficiales detectados, la profundidad máxima medida del mar Ligeia es de aproximadamente 200 metros (660 pies), y la del lago Ontario es de aproximadamente 90 metros (300 pies). [94] : 67–70 

Los lagos y mares de Titán están dominados por metano ( CH4 ), con cantidades más pequeñas de etano ( C2H6 ) y nitrógeno disuelto ( N2 ). La fracción de estos componentes varía entre los diferentes cuerpos: las observaciones de Ligeia Mare son consistentes con 71% de CH4 , 12% de C2H6 y 17% de N2 por volumen; mientras que Ontario Lacus es consistente con 49% de CH4 , 41% de C2H6 y 10% de N2 por volumen. Como Titán está sincronizado con Saturno, existe un abultamiento de marea permanente de aproximadamente 100 metros (330 pies) en los puntos subsaturnianos y antisaturnianos. 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. [94] : 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). [95] : 12 

Tectónica y criovulcanismo

A través del mapeo RADAR de Cassini de la superficie de Titán, numerosos autores han interpretado numerosas formas del relieve como características criovolcánicas y tectónicas candidatas. [96] : 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 mayor frecuencia o se conservan mejor en las regiones de baja latitud. Las crestas, orientadas principalmente de este a oeste, tienen una forma lineal a arqueada, y los autores del análisis las comparan con cinturones de pliegues 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. [96] : 23–25 

La identificación de características criovolcánicas en Titán sigue siendo controvertida e inconcluyente, principalmente debido a las limitaciones de las imágenes y la cobertura de Cassini . Las imágenes RADAR y VIMS de Cassini revelaron varias características criovolcánicas candidatas, particularmente terrenos similares a flujos en el oeste de Xanadu y lagos de lados empinados en el hemisferio norte que se parecen a los cráteres maar en la Tierra, que son creados por erupciones subterráneas explosivas. Las características criovolcánicas más probables son 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 flujos, 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 potencialmente indica una actividad criovolcánica en curso. [97] : 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. La presencia de 40 Ar en la atmósfera de Titán es, por lo tanto, un indicio de geología activa en Titán, siendo el criovulcanismo un posible método para sacar el isótopo del interior. [98]

Cráteres de impacto

La superficie de Titán tiene relativamente pocos cráteres de impacto, y es posible que la erosión, la tectónica y el criovulcanismo hayan contribuido a borrarlos con el tiempo. [80] En comparación con los cráteres de Ganímedes y Calisto, de tamaño y estructura similares, los de Titán son mucho más superficiales. Muchos tienen fondos oscuros de sedimentos; el análisis geomorfológico de los cráteres de impacto sugiere en gran medida que la erosión y el enterramiento son los mecanismos principales de modificación de los cráteres. [99] : 2  Los cráteres de Titán tampoco están distribuidos de manera uniforme, ya que las regiones polares están casi desprovistas de cráteres identificados, mientras que la mayoría se encuentran 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 las lluvias pasadas o el aumento de las tasas de erosión en las regiones polares. [97] : 19 

Llanuras y dunas

Imágenes de Cassini en el infrarrojo cercano de las regiones oscuras ecuatoriales de Titán, incluidos los vastos campos de dunas.

La mayor parte de la superficie de Titán está cubierta de llanuras. De los diversos tipos de llanuras observados, las más extensas son las llanuras indiferenciadas, que abarcan vastas regiones uniformes y oscuras para el radar. [97] : 15  Estas llanuras de latitudes medias, ubicadas en gran parte entre 20 y 60° de latitud norte o sur, parecen más jóvenes que todas las características geológicas principales, excepto las dunas y varios cráteres. [100] : 177  Las llanuras indiferenciadas probablemente se formaron por procesos impulsados ​​por el viento y estaban compuestas de sedimentos ricos en materia orgánica. [100] : 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° norte o sur. Las dunas titánicas suelen tener entre 1 y 2 kilómetros (0,62 y 1,24 millas) de ancho y están espaciadas entre sí entre 1 y 4 kilómetros (0,62 y 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 SAR de Cassini . Las interacciones entre las dunas y las características de los obstáculos, como las montañas, indican que la arena generalmente se transporta en dirección oeste-este. La arena que construye las dunas está dominada por material orgánico, probablemente de la atmósfera de Titán; las posibles fuentes de arena incluyen canales fluviales o las llanuras indiferenciadas. [97] : 16–18 

Observación y exploración

Titán nunca es visible a simple vista, pero se puede observar a través de pequeños telescopios o binoculares potentes. La observación por parte de aficionados es difícil debido a la proximidad de Titán al brillante globo y sistema de anillos de Saturno; una barra ocultadora, que cubre parte del ocular y se utiliza para bloquear el brillante planeta, mejora enormemente la visión. [101] Titán tiene una magnitud aparente máxima de +8,2, [13] y una magnitud de oposición media de 8,4. [102] Esto se compara con +4,6 para Ganímedes, de tamaño similar, en el sistema joviano. [102]

Las observaciones de Titán antes de la era espacial eran limitadas. En 1907, el astrónomo español Josep Comas i Solà observó el oscurecimiento del limbo de Titán, la primera evidencia de que el cuerpo tiene una atmósfera. En 1944, Gerard P. Kuiper utilizó una técnica espectroscópica para detectar una atmósfera de metano. [103]

PioneroyViajero

Vista de la neblina en el borde de Titán desde la Voyager 1 (1980)

La primera sonda que visitó el sistema saturnino fue la Pioneer 11 en 1979, que reveló que Titán era probablemente demasiado frío para albergar vida. [104] Tomó imágenes de Titán, incluidos Titán y Saturno juntos, a mediados y finales de 1979. [105] La calidad pronto fue superada por las dos Voyager . [106]

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 de 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. [107] La ​​neblina atmosférica impidió la obtención de 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 , [108] que habían sido observadas en el infrarrojo por el telescopio espacial Hubble. La Voyager 2 , que se habría desviado 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. [107] : 94 

Cassini-Huygens

La sonda Cassini-Huygens llegó a Saturno el 1 de julio de 2004, [109] y comenzó el proceso de mapeo de la superficie de Titán por radar . [110] Un proyecto conjunto de la Agencia Espacial Europea (ESA) y la NASA , Cassini-Huygens resultó ser una misión muy exitosa. [111] La sonda Cassini voló por Titán el 26 de octubre de 2004 y tomó las imágenes de mayor resolución jamás tomadas de la superficie de Titán, a solo 1200 kilómetros (750 mi), discerniendo parches de luz y oscuridad que serían invisibles para el ojo humano. [35]

El 22 de julio de 2006, Cassini realizó su primer sobrevuelo cercano a 950 kilómetros (590 millas) de Titán; el sobrevuelo más cercano fue a 880 kilómetros (550 millas) el 21 de junio de 2010. [112] 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 . [113]

Huygensaterrizaje

Huygens fue una sonda atmosférica que aterrizó en Titán el 14 de enero de 2005, [114] descubriendo que muchas de las características de su superficie parecen haber sido formadas por fluidos en algún momento del pasado. [115] Titán es el cuerpo más distante de la Tierra en el que una sonda espacial aterrizó en su superficie. [116]

La sonda Huygens desciende en paracaídas y aterriza en Titán el 14 de enero de 2005

La sonda Huygens aterrizó justo en la punta más oriental de una región brillante llamada ahora Adiri . La sonda fotografió colinas pálidas con "ríos" oscuros que bajaban hasta una llanura oscura. El conocimiento actual es que las colinas (también llamadas 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 se depositan en las llanuras a lo largo de escalas de tiempo geológicas. [117]

Después de aterrizar, Huygens fotografió una llanura oscura cubierta de pequeñas rocas y guijarros, que están compuestos de hielo de agua. [117] Las dos rocas justo debajo de la mitad de la imagen a 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 unos 85 centímetros de Huygens . Hay evidencia de erosión en la base de las rocas, lo que indica una posible actividad fluvial . La superficie del suelo es más oscura de lo que se esperaba originalmente, y consiste en una mezcla de agua y hielo de hidrocarburos. [118]

En marzo de 2007, la NASA, la ESA y COSPAR decidieron llamar al lugar de aterrizaje de Huygens Estación Memorial Hubert Curien en memoria del ex presidente de la ESA. [119]

Libélula

La misión Dragonfly , desarrollada y operada por el Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins , se lanzará en julio de 2028. [120] Consiste en un gran dron propulsado por un RTG para volar en la atmósfera de Titán como New Frontiers 4. [121] [122] Sus instrumentos estudiarán hasta qué punto puede haber progresado la química prebiótica . [123] Está previsto que la misión llegue a Titán a mediados de la década de 2030. [122]

Misiones propuestas o conceptuales

El módulo de aterrizaje del lago, el globo y su orbitador propuestos para la misión al sistema Titán Saturno (representación artística)

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 Titan Saturn System Mission (TSSM) fue una propuesta conjunta de la NASA y la ESA para la exploración de las lunas de Saturno . [124] Prevé un globo aerostático flotando en la atmósfera de Titán durante seis meses. Competía por financiación con la propuesta Europa Jupiter System Mission (EJSM). En febrero de 2009 se anunció que la ESA y la NASA habían dado prioridad a la misión EJSM por delante de la TSSM. [125] La propuesta Titan Mare Explorer (TiME) era un módulo de aterrizaje de bajo coste que aterrizaría en Ligeia Mare en el hemisferio norte de Titán. La sonda flotaría mientras investigaba el ciclo de hidrocarburos de Titán, la química del mar y los orígenes de Titán. [126] Fue seleccionado para un estudio de diseño de Fase A en 2011 como una misión candidata para la oportunidad número 12 del Programa Discovery de la NASA , [127] pero no fue seleccionado para el vuelo. [128]

Otra misión a Titán propuesta a principios de 2012 por Jason Barnes, un científico de la Universidad de Idaho , es el Vehículo Aéreo para el Reconocimiento In-situ y Aéreo de Titán (AVIATR): un avión no tripulado (o dron ) que volaría a través de la atmósfera de Titán y tomaría 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. [129] [130]

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). [131] 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 se precipitara. [131]

Un participante del Programa Discovery para su misión n.° 13 es Journey to Enceladus and Titan (JET), un orbitador astrobiológico de Saturno que evaluaría el potencial de habitabilidad de Encelado y Titán. [132] [133]

En 2015, el programa Conceptos Avanzados Innovadores de la NASA (NIAC) otorgó una subvención de Fase II [134] para un estudio de diseño de un submarino Titán para explorar los mares de Titán. [135] [136] [137]

Condiciones prebióticas y vida

Se cree que Titán es un entorno prebiótico rico en compuestos orgánicos complejos , [65] [138] pero su superficie está congelada a -179 °C (-290,2 °F; 94,1 K), por lo que actualmente se entiende que no puede existir vida en la superficie gélida de la luna. [139] 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. [140] [141] [142]

La misión Cassini-Huygens no estaba equipada para proporcionar evidencia de biofirmas o compuestos orgánicos complejos; mostró un ambiente en Titán que es similar, en algunos aspectos, a los que se han planteado como hipótesis para la Tierra primitiva. [143] 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. [144] [138]

Formación de moléculas complejas

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 ampliamente otras reacciones. [145]

Se ha informado de que cuando se aplicó energía a una combinación de gases como los de la atmósfera de Titán, se produjeron cinco bases de nucleótidos , los bloques de construcción del ADN y el ARN , entre los muchos compuestos. Además, se encontraron aminoácidos , los bloques de construcción 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. [146]

Posibles hábitats subterráneos

Las simulaciones de laboratorio han llevado a la sugerencia de que existe suficiente material orgánico en Titán para iniciar una evolución química análoga a lo que se cree que dio origen a 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. [147] También se ha planteado la hipótesis de que podrían existir océanos de amoníaco líquido en las profundidades de la superficie. [140] [148] Otro modelo sugiere una solución de amoníaco y agua a una profundidad de hasta 200 kilómetros (120 millas) debajo de una corteza de hielo de agua con condiciones que, aunque extremas para los estándares terrestres, son tales que la vida podría sobrevivir. [141] La transferencia de calor entre las capas interior y superior sería fundamental para sostener cualquier vida oceánica subterránea. [140] La detección de vida microbiana en Titán dependería de sus efectos biogénicos, con el metano y el nitrógeno atmosféricos examinados. [141]

Metano y vida en la superficie

Se ha especulado que podría existir vida en los lagos de metano líquido de Titán, de la misma manera que los organismos de la Tierra viven en el agua. [149] Estos 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. [142] [149] Sin embargo, se requeriría que estos organismos hipotéticos metabolizaran a una temperatura de congelación profunda de −179,2 °C (−290,6 °F; 94,0 K). [139]

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 el metano o el etano, [150] aunque el agua es un disolvente más fuerte que el metano. [151] El agua también es más reactiva químicamente y puede descomponer grandes moléculas orgánicas mediante hidrólisis . [150] Una forma de vida cuyo disolvente fuera un hidrocarburo no se enfrentaría al riesgo de que sus biomoléculas se destruyeran de esta manera. [150]

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 en la Tierra, la concentración de hidrógeno molecular disminuiría en un factor de 1000 en la superficie de Titán únicamente debido a un sumidero biológico hipotético. McKay señaló que, si la vida realmente está presente, las bajas temperaturas en Titán darían lugar a 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 significativo para cualquier forma de vida posible. Las formas de transporte activo y los organismos con grandes proporciones superficie-volumen podrían teóricamente disminuir las desventajas planteadas por este hecho. [149]

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, lo que sugiere 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 existían formas de vida metanogénicas . [149] [151] [152] El mismo año, otro estudio mostró niveles bajos de acetileno en la superficie de Titán, que McKay interpretó como consistentes con la hipótesis de que los organismos consumían hidrocarburos. [151] 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 de flujo de material. [142] Es necesario corroborar 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 eficaz a 95 K (−180 °C) aún sería significativo. [142] 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 en aerosoles helados en la atmósfera en moléculas más complejas que caerían al suelo sin ninguna firma de acetileno. [153]

Como señala la NASA en su artículo de noticias 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". [151] Como también dice la declaración de la NASA: "algunos científicos creen que estas firmas químicas refuerzan el argumento de que existe una forma de vida primitiva y exótica o un precursor de la vida en la superficie de Titán". [151]

En febrero de 2015 se modeló una membrana celular hipotética capaz de funcionar en metano líquido a 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 de fosfolípidos , compuestos de carbono, hidrógeno, oxígeno y fósforo . Esta membrana celular hipotética se denominó " azotosoma ", una combinación de "azote", nitrógeno en francés, y " liposoma ". [154] [155]

Obstáculos

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 gélido y su atmósfera carece de CO2 . En la superficie de Titán, el agua existe solo 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. [156] Aunque la vida en sí 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. [143] El uso de Titán como un 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. [145]

Hipótesis de la panspermia

Se ha planteado la hipótesis de que los grandes impactos de asteroides y cometas en la superficie de la Tierra pueden haber provocado que fragmentos de roca cargados de microbios escaparan de la gravedad de la Tierra, lo que sugiere la posibilidad de panspermia . Los cálculos indican que estos se encontrarían con muchos de los cuerpos del Sistema Solar, incluido Titán. [157] [158] Por otro lado, Jonathan Lunine ha argumentado que cualquier ser vivo en los lagos de hidrocarburos criogénicos de Titán tendría que ser tan diferente químicamente de la vida terrestre que no sería posible que uno fuera el antepasado del otro. [159]

Condiciones futuras

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 subgigante roja , su temperatura superficial podría aumentar lo suficiente como para que Titán albergue agua líquida en su superficie, volviéndola habitable. [160] A medida que la emisión ultravioleta del Sol disminuya, la neblina en la atmósfera superior de Titán se agotará, disminuyendo el efecto antiinvernadero en la superficie y permitiendo que el invernadero creado por el metano atmosférico desempeñe un papel mucho más importante. Estas condiciones en conjunto 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 harían que las reacciones químicas se desarrollaran más lentamente en Titán. [161]

Galería

Imágenes

Diagramas

Véase también

Notas

  1. ^ De las áreas individuales de Kraken Mare (5,0 · 10 5 km 2 ), Ligeia Mare (1,3 · 10 5 km 2 ) y Punga Mare (6,1 · 10 4 km 2 ) según lo proporcionado por Hayes 2016. [94] : 60 

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Bibliografía

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