Existen lagos de etano y metano líquidos en la superficie de Titán , la luna más grande de Saturno. Esto fue confirmado por la sonda espacial Cassini-Huygens , como se sospechaba desde los años 80. [2] Los grandes cuerpos de líquido se conocen como maria (mares) y los pequeños como lacūs (lagos). [3]
La posibilidad de que haya mares en Titán se sugirió por primera vez basándose en datos de las sondas espaciales Voyager 1 y 2 , que sobrevolaron Titán en 1980. Los datos mostraron que Titán tenía una atmósfera espesa de aproximadamente la temperatura y composición correctas para soportar hidrocarburos líquidos. . Se obtuvo evidencia directa en 1995 cuando datos del Telescopio Espacial Hubble y otras observaciones sugirieron la existencia de metano líquido en Titán, ya sea en bolsas desconectadas o en la escala de océanos a escala de satélites, similar al agua en la Tierra. [5]
La misión Cassini confirmó la primera hipótesis, aunque no de inmediato. Cuando la sonda llegó al sistema de Saturno en 2004, se esperaba que los lagos u océanos de hidrocarburos pudieran detectarse mediante el reflejo de la luz solar en la superficie de cualquier cuerpo líquido, pero inicialmente no se observaron reflejos especulares . [6]
Quedaba la posibilidad de que se encontraran etano y metano líquidos en las regiones polares de Titán, donde se esperaba que fueran abundantes y estables. [7] En la región del polo sur de Titán, una enigmática característica oscura llamada Ontario Lacus fue el primer lago sospechoso identificado, posiblemente creado por nubes que se observan agrupadas en el área. [8] También se identificó una posible costa cerca del polo mediante imágenes de radar. [9] Después de un sobrevuelo el 22 de julio de 2006, en el que el radar de la nave espacial Cassini tomó imágenes de las latitudes septentrionales, que en ese momento se encontraban en invierno. Se observaron una serie de manchas grandes, suaves (y por lo tanto oscuras para el radar) que salpicaban la superficie cerca del polo. [10] Basándose en las observaciones, los científicos anunciaron "evidencia definitiva de lagos llenos de metano en Titán, la luna de Saturno" en enero de 2007. [7] [11] El equipo Cassini-Huygens concluyó que las características fotografiadas son casi con certeza las características tan buscadas lagos de hidrocarburos, los primeros cuerpos estables de líquido superficial encontrados fuera de la Tierra. Algunos parecen tener canales asociados con líquido y se encuentran en depresiones topográficas. [7] Los canales en algunas regiones han creado sorprendentemente poca erosión, lo que sugiere que la erosión en Titán es extremadamente lenta, o que algunos otros fenómenos recientes pueden haber arrasado con lechos de ríos y accidentes geográficos más antiguos. [12] En general, las observaciones del radar Cassini han demostrado que los lagos cubren sólo un pequeño porcentaje de la superficie y se concentran cerca de los polos, lo que hace que Titán sea mucho más seco que la Tierra. [13] La alta humedad relativa del metano en la atmósfera inferior de Titán podría mantenerse mediante la evaporación de los lagos que cubren sólo el 0,002-0,02% de toda la superficie. [14]
Durante un sobrevuelo de Cassini a finales de febrero de 2007, observaciones de radar y cámara revelaron varias características importantes en la región del polo norte interpretadas como grandes extensiones de metano y/o etano líquido, incluida una, Ligeia Mare , con un área de 126.000 km 2 (49.000 pies cuadrados) . mi), ligeramente más grande que el lago Michigan-Huron , el lago de agua dulce más grande de la Tierra; y otro, Kraken Mare , que luego resultaría tener tres veces ese tamaño. Un sobrevuelo de las regiones polares del sur de Titán en octubre de 2007 reveló características similares a lagos similares, aunque mucho más pequeñas. [15]
Durante un sobrevuelo cercano de Cassini en diciembre de 2007, el instrumento visual y cartográfico observó un lago, Ontario Lacus, en la región del polo sur de Titán. Este instrumento identifica materiales químicamente diferentes según la forma en que absorben y reflejan la luz infrarroja. Las mediciones de radar realizadas en julio de 2009 y enero de 2010 indican que Ontario Lacus es extremadamente poco profundo, con una profundidad promedio de 0,4 a 3,2 m (1 pie 4 pulg. – 10 pies 6 pulg.) y una profundidad máxima de 2,9 a 7,4 m (9 pies 6 pulg. – 24 pies 3 pulg.). [16] Por lo tanto, puede parecerse a una marisma terrestre . Por el contrario, Ligeia Mare , en el hemisferio norte, tiene profundidades de 170 m (560 pies). [17]
Según datos de Cassini, los científicos anunciaron el 13 de febrero de 2008 que Titán alberga en sus lagos polares "cientos de veces más gas natural y otros hidrocarburos líquidos que todas las reservas conocidas de petróleo y gas natural de la Tierra". Las dunas de arena del desierto a lo largo del ecuador, aunque carecen de líquido abierto, contienen más materia orgánica que todas las reservas de carbón de la Tierra. [18] Se ha estimado que los lagos y mares visibles de Titán contienen alrededor de 300 veces el volumen de las reservas probadas de petróleo de la Tierra. [19] En junio de 2008, el espectrómetro de mapeo visible e infrarrojo de Cassini confirmó la presencia de etano líquido sin lugar a dudas en un lago en el hemisferio sur de Titán. [20] Se desconoce la mezcla exacta de hidrocarburos en los lagos. Según un modelo informático, 3/4 de un lago polar promedio es etano, con un 10 por ciento de metano, un 7 por ciento de propano y cantidades más pequeñas de cianuro de hidrógeno , butano , nitrógeno y argón . [21] Se espera que el benceno caiga como nieve y se disuelva rápidamente en los lagos, aunque los lagos pueden saturarse del mismo modo que el Mar Muerto en la Tierra está lleno de sal . El exceso de benceno luego se acumularía en un lodo parecido a lodo en las orillas y en el fondo del lago antes de ser erosionado por la lluvia de etano, formando un complejo paisaje plagado de cuevas. [22] También se prevé que se formen compuestos similares a sales compuestos de amoníaco y acetileno. [23] Sin embargo, la composición química y las propiedades físicas de los lagos probablemente varían de un lago a otro (las observaciones de Cassini en 2013 indican que Ligeia Mare está llena de una mezcla ternaria de metano, etano y nitrógeno y, en consecuencia, las señales de radar de la sonda pudieron para detectar el fondo del mar a 170 m [560 pies] por debajo de la superficie del líquido). [24]
Inicialmente, Cassini no detectó olas cuando los lagos del norte emergieron de la oscuridad invernal (los cálculos indican que velocidades del viento de menos de 1 metro por segundo [2,2 mph] deberían provocar olas detectables en los lagos de etano de Titán, pero no se observó ninguna). Esto puede deberse a los bajos vientos estacionales o a la solidificación de los hidrocarburos. Titán tiene varios lagos cerca de su polo norte que varían en tamaño, el área que cubren estos lagos y las velocidades más bajas del viento también podrían explicar por qué no se detectaron ondas en la superficie. El área sobre un líquido atravesada por el viento se conoce como alcance. [25] Cuanto más grande es esta área, más grandes se vuelven las olas ya que el viento tiene más área para soplar y transferir energía. Cuanto más pequeña sea el área de alcance, más pequeñas serán las olas. Las propiedades ópticas de la superficie del metano sólido (cerca del punto de fusión) son bastante cercanas a las propiedades de la superficie del líquido; sin embargo, la viscosidad del metano sólido, incluso cerca del punto de fusión, es muchos órdenes de magnitud mayor, lo que podría explicar la extraordinaria suavidad de la superficie. superficie. [26] El metano sólido es más denso que el metano líquido, por lo que eventualmente se hundirá. Es posible que el hielo de metano flote durante un tiempo, ya que probablemente contenga burbujas de gas nitrógeno de la atmósfera de Titán. [27] Las temperaturas cercanas al punto de congelación del metano (90,4 K; −182,8 °C; −296,9 °F) podrían provocar hielo flotante y hundimiento, es decir, una corteza de hielo de hidrocarburos sobre el líquido y bloques de hielo de hidrocarburos sobre el líquido. el fondo del lecho del lago. Se prevé que el hielo volverá a subir a la superficie al inicio de la primavera antes de derretirse.
Desde 2014, Cassini ha detectado características transitorias en parches dispersos en Kraken Mare , Ligeia Mare y Punga Mare . Los experimentos de laboratorio sugieren que estas características (por ejemplo, las "islas mágicas" brillantes por RADAR) [28] podrían ser grandes áreas de burbujas causadas por la rápida liberación de nitrógeno disuelto en los lagos. Se predice que se producirán estallidos de burbujas cuando los lagos se enfríen y posteriormente se calienten o cuando los fluidos ricos en metano se mezclen con otros ricos en etano debido a fuertes lluvias. [29] [30] Los eventos de explosión de burbujas también pueden influir en la formación de los deltas de los ríos de Titán. [30] Una explicación alternativa es que las características transitorias en los datos del infrarrojo cercano del VIMS de Cassini pueden ser ondas capilares (ondulaciones) poco profundas impulsadas por el viento que se mueven a aproximadamente 0,7 m/s (1,6 mph) y a alturas de aproximadamente 1,5 centímetros (0,59 pulgadas). ). [31] [32] [33] El análisis posterior a Cassini de los datos VIMS sugiere que las corrientes de marea también pueden ser responsables de la generación de olas persistentes en canales estrechos ( Freta ) de Kraken Mare. [33]
Se espera que se formen ciclones impulsados por la evaporación y que involucran lluvia y vientos huracanados de hasta 20 m/s (72 km/h; 45 mph) sólo sobre los grandes mares del norte (Kraken Mare, Ligeia Mare, Punga Mare). en el verano del norte durante 2017, con una duración de hasta diez días. [34] Sin embargo, un análisis de 2017 de los datos de Cassini de 2007 a 2015 indica que las olas en estos tres mares eran diminutas, alcanzando solo aproximadamente 1 centímetro (0,39 pulgadas) de alto y 20 centímetros (7,9 pulgadas) de largo. Los resultados ponen en duda la clasificación del comienzo del verano como el comienzo de la temporada de vientos del Titán, porque los fuertes vientos probablemente habrían provocado olas más grandes. [35] Un estudio teórico de 2019 concluyó que es posible que los aerosoles relativamente densos que llueven sobre los lagos de Titán tengan propiedades repelentes de líquidos, formando una película persistente en la superficie de los lagos que luego inhibiría la formación de ondas mayores que unas pocas. centímetros de longitud de onda. [36]
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El 21 de diciembre de 2008, Cassini pasó directamente sobre Ontario Lacus a una altitud de 1.900 km (1.200 millas) y pudo observar una reflexión especular en observaciones de radar. Las señales fueron mucho más fuertes de lo previsto y saturaron el receptor de la sonda. La conclusión extraída de la fuerza de la reflexión fue que el nivel del lago no varió más de 3 mm (0,12 pulgadas) sobre una primera zona de Fresnel que refleja un área de solo 100 m (330 pies) de ancho (más suave que cualquier superficie seca natural de la Tierra). ). De esto se dedujo que los vientos superficiales en el área son mínimos en esa estación y/o el fluido del lago es más viscoso de lo esperado. [37] [38]
El 8 de julio de 2009, el espectrómetro de mapeo visual e infrarrojo (VIMS) de Cassini observó una reflexión especular en luz infrarroja de 5 µm de un cuerpo líquido del hemisferio norte a 71° N, 337° W. Esto ha sido descrito como en la costa sur. de Kraken Mare, [39] pero en una imagen combinada de radar-VIMS la ubicación se muestra como un lago separado (más tarde llamado Jingpo Lacus). La observación se realizó poco después de que la región del polo norte emergiera de 15 años de oscuridad invernal. Debido a la ubicación polar del cuerpo líquido reflectante, la observación requirió un ángulo de fase cercano a 180°. [40]
Los descubrimientos en las regiones polares contrastan con los hallazgos de la sonda Huygens , que aterrizó cerca del ecuador de Titán el 14 de enero de 2005. Las imágenes tomadas por la sonda durante su descenso no mostraron áreas abiertas de líquido, pero indicaron claramente la presencia de líquidos en del pasado reciente, mostrando colinas pálidas entrecruzadas con oscuros canales de drenaje que conducen a una región amplia, plana y más oscura. Inicialmente se pensó que la región oscura podría ser un lago de un fluido o al menos una sustancia parecida al alquitrán, pero ahora está claro que Huygens aterrizó en la región oscura y que es sólida sin ninguna indicación de líquidos. Un penetrómetro estudió la composición de la superficie cuando la nave impactó contra ella, y inicialmente se informó que la superficie era similar a la arcilla húmeda , o quizás a la crème brûlée (es decir, una costra dura que cubre un material pegajoso). El análisis posterior de los datos sugiere que esta lectura probablemente fue causada por el desplazamiento de Huygens de un gran guijarro al aterrizar, y que la superficie se describe mejor como una "arena" hecha de granos de hielo. [41] Las imágenes tomadas después del aterrizaje de la sonda muestran una llanura cubierta de guijarros. Los guijarros pueden estar hechos de hielo de agua y son algo redondeados, lo que puede indicar la acción de fluidos. [42] Los termómetros indicaron que el calor se alejaba de Huygens tan rápidamente que el suelo debía haber estado húmedo, y una imagen muestra la luz reflejada por una gota de rocío mientras cae a través del campo de visión de la cámara. En Titán, la débil luz solar permite sólo alrededor de un centímetro de evaporación por año (frente a un metro de agua en la Tierra), pero la atmósfera puede contener el equivalente a unos 10 metros (33 pies) de líquido antes de que se forme lluvia (frente a unos 2 cm). [0,79 pulgadas] en la Tierra). Por lo tanto, se espera que el clima de Titán presente aguaceros de varios metros (15 a 20 pies) que causen inundaciones repentinas, intercalados por décadas o siglos de sequía (mientras que el clima típico en la Tierra incluye un poco de lluvia la mayoría de las semanas). [43] Cassini ha observado tormentas ecuatoriales solo una vez desde 2004. A pesar de esto, en 2012 se descubrieron inesperadamente varios lagos tropicales de hidrocarburos de larga data [44] (incluido uno cerca del lugar de aterrizaje de Huygens en la región de Shangri-La, que está a unos la mitad del tamaño del Gran Lago Salado de Utah , con una profundidad de al menos 1 metro [3'4"]). Como en la Tierra, el probable proveedor son los acuíferos subterráneos ; en otras palabras, las áridas regiones ecuatoriales de Titán contienen " oasis ". [ 45]
Los modelos de oscilaciones en la circulación atmosférica de Titán sugieren que a lo largo de un año saturniano, el líquido se transporta desde la región ecuatorial a los polos, donde cae en forma de lluvia. Esto podría explicar la relativa sequedad de la región ecuatorial. [46] Según un modelo informático, deberían producirse tormentas intensas en áreas ecuatoriales normalmente sin lluvia durante los equinoccios de primavera y otoño de Titán: suficiente líquido para crear el tipo de canales que encontró Huygens. [47] El modelo también predice que la energía del Sol evaporará el metano líquido de la superficie de Titán, excepto en los polos, donde la relativa ausencia de luz solar facilita que el metano líquido se acumule en lagos permanentes. Al parecer, el modelo también explica por qué hay más lagos en el hemisferio norte. Debido a la excentricidad de la órbita de Saturno, el verano del norte es más largo que el del sur y, en consecuencia, la temporada de lluvias es más larga en el norte.
Sin embargo, observaciones recientes de Cassini (de 2013) sugieren que la geología también puede explicar la distribución geográfica de los lagos y otras características de la superficie. Una característica desconcertante de Titán es la falta de cráteres de impacto en los polos y latitudes medias, particularmente en elevaciones más bajas. Estas áreas pueden ser humedales alimentados por manantiales subterráneos de etano y metano. [48] Cualquier cráter creado por meteoritos es rápidamente absorbido por sedimentos húmedos. La presencia de acuíferos subterráneos podría explicar otro misterio. La atmósfera de Titán está llena de metano que, según los cálculos, debería reaccionar con la radiación ultravioleta del sol para producir etano líquido. Con el tiempo, la Luna debería haber formado un océano de etano de cientos de metros (1.500 a 2.500 pies) de profundidad en lugar de sólo un puñado de lagos polares. La presencia de humedales sugeriría que el etano penetra en el suelo, formando una capa líquida subterránea similar al agua subterránea de la Tierra. Una posibilidad es que la formación de materiales llamados clatratos cambie la composición química de la escorrentía de lluvia que carga los "acuíferos" de hidrocarburos subterráneos. Este proceso conduce a la formación de depósitos de propano y etano que pueden alimentar algunos ríos y lagos. Las transformaciones químicas que se producen bajo tierra afectarían a la superficie de Titán. Los lagos y ríos alimentados por manantiales de depósitos subterráneos de propano o etano mostrarían el mismo tipo de composición, mientras que los alimentados por lluvia serían diferentes y contendrían una fracción significativa de metano. [49]
Todos menos el 3% de los lagos de Titán se han encontrado dentro de una brillante unidad de terreno que cubre aproximadamente 900 por 1.800 kilómetros (560 por 1.120 millas) cerca del polo norte. Los lagos que se encuentran aquí tienen formas muy distintivas (siluetas complejas redondeadas y lados empinados), lo que sugiere que la deformación de la corteza creó fisuras que podrían llenarse con líquido. Se han propuesto una variedad de mecanismos de formación. Las explicaciones van desde el colapso de la tierra después de una erupción criovolcánica hasta el terreno kárstico , donde los líquidos disuelven el hielo soluble. [50] Los lagos más pequeños (de hasta decenas de kilómetros de diámetro) con bordes empinados (de hasta cientos de pies de altura) podrían ser análogos a los lagos maar , es decir, cráteres de explosión que posteriormente se llenan de líquido. Se propone que las explosiones sean el resultado de fluctuaciones en el clima, que provocan que se acumulen bolsas de nitrógeno líquido dentro de la corteza durante períodos más fríos y luego exploten cuando el calentamiento provocó que el nitrógeno se expandiera rápidamente a medida que pasaba a un estado gaseoso. [51] [52] [53]
Titan Mare Explorer (TiME) fue un módulo de aterrizaje propuesto por la NASA/ESA que aterrizaría en Ligeia Mare y analizaría su superficie, costa y atmósfera de Titán . [54] Sin embargo, fue rechazada en agosto de 2012, cuando la NASA seleccionó la misión InSight a Marte. [55]
Se cree que las características etiquetadas como lacus son lagos de etano/metano, mientras que se cree que las características etiquetadas como lagunas son lechos de lagos secos. Ambos llevan el nombre de lagos de la Tierra. [3] Las características denominadas sinus son bahías dentro de los lagos o mares. Llevan el nombre de bahías y fiordos de la Tierra. Las características denominadas ínsula son islas dentro del cuerpo de líquido. Llevan el nombre de islas míticas. Los mares titaneos (grandes mares de hidrocarburos) llevan el nombre de monstruos marinos de la mitología mundial. [3] Las tablas están actualizadas a 2023. [56]
![Mosaico de alta resolución del radar de apertura sintética Cassini en falso color de la región del polo norte de Titán, que muestra mares, lagos y redes de afluentes de hidrocarburos. La coloración azul indica áreas de baja reflectividad del radar, causadas por cuerpos de etano líquido, metano y nitrógeno disuelto.[1] Aproximadamente la mitad de Kraken Mare, el cuerpo grande en la parte inferior izquierda, está fuera de la imagen. Ligeia Mare es el cuerpo grande en la parte inferior derecha. Punga Mare está justo a la izquierda del centro. Jingpo Lacus está justo encima de Kraken Mare y Bolsena Lacus está directamente encima.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d7/PIA10008_Seas_and_Lakes_on_Titan_full_size.jpg/1280px-PIA10008_Seas_and_Lakes_on_Titan_full_size.jpg)
