Astronomía

Cambiamos ahora nuestra atención a los mundos pequeños en las partes más distantes del sistema solar. La gran luna de Saturno, Titán, resulta ser un extraño primo de la Tierra, con muchas similitudes a pesar de las gélidas temperaturas. Las observaciones de Titán realizadas por la Cassini han proporcionado algunos de los descubrimientos recientes más emocionantes de la ciencia planetaria. La luna Tritón de Neptuno también tiene características inusuales y se asemeja a Plutón, del que hablaremos en la siguiente sección.

Titán, una luna con atmósfera y lagos de hidrocarburos

Titán, visto por primera vez en 1655 por el astrónomo holandés Christiaan Huygens, fue la primera luna descubierta después de que Galileo viera las cuatro grandes lunas de Júpiter. Titán tiene aproximadamente el mismo diámetro, masa y densidad que Calisto o Ganímedes. Es de suponer que también tiene una composición similar: aproximadamente la mitad de hielo y la mitad de roca. Sin embargo, Titán es único entre las lunas, con una gruesa atmósfera y lagos y ríos y lluvia que cae (aunque éstos no están compuestos de agua sino de hidrocarburos como el etano y el metano, que pueden permanecer líquidos a las frígidas temperaturas de Titán).

Figura 1: Estructura de la atmósfera de Titán. Algunas características de la atmósfera de Titán se asemejan a las de la atmósfera de la Tierra, aunque es mucho más fría que nuestro planeta. La línea roja indica la temperatura de la atmósfera de Titán a diferentes altitudes.

El sobrevuelo de Titán por las Voyager en 1980 determinó que la densidad superficial de su atmósfera es cuatro veces mayor que la de la Tierra. La presión atmosférica en esta luna es de 1,6 bares, superior a la de cualquier otra luna y, sorprendentemente, incluso superior a la de los planetas terrestres Marte y la Tierra. La composición atmosférica es principalmente de nitrógeno, una forma importante en la que la atmósfera de Titán se asemeja a la de la Tierra.

También se detectó en la atmósfera de Titán monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (compuestos de hidrógeno y carbono) como metano (CH4), etano (C2H6) y propano (C3H8), y compuestos de nitrógeno como cianuro de hidrógeno (HCN), cianógeno (C2N2) y cianoacetileno (HC3N). Su presencia indica una química activa en la que la luz solar interactúa con el nitrógeno y el metano atmosféricos para crear una rica mezcla de moléculas orgánicas. También hay múltiples capas de neblina de hidrocarburos y nubes en la atmósfera, como se ilustra en la Figura 1.

Estos descubrimientos de las Voyager motivaron un programa de exploración mucho más ambicioso utilizando el orbitador de Saturno Cassini de la NASA y una sonda para aterrizar en Titán llamada Huygens, construida por la Agencia Espacial Europea. El orbitador, que incluía varias cámaras, espectrómetros y un sistema de imágenes de radar, realizó docenas de sobrevuelos cercanos a Titán entre 2004 y 2015, cada uno de los cuales proporcionó imágenes de radar e infrarrojas de partes de la superficie (véase Exploración de los planetas exteriores). La sonda Huygens descendió con éxito en paracaídas a través de la atmósfera, fotografiando la superficie por debajo de las nubes y aterrizando el 14 de enero de 2005. Esta fue la primera (y hasta ahora la única) nave espacial que aterrizó en una luna del sistema solar exterior.

Al final de su descenso en paracaídas, la sonda Huygens, de 319 kilos, aterrizó con seguridad, se deslizó una corta distancia y comenzó a enviar datos a la Tierra, incluyendo fotos y análisis de la atmósfera. Parecía haber aterrizado en una llanura plana y llena de cantos rodados, pero tanto la superficie como los cantos rodados estaban compuestos de hielo de agua, que es tan duro como la roca a la temperatura de Titán (ver Figura 2).

Las fotos tomadas durante el descenso mostraban una variedad de características, incluyendo canales de drenaje, lo que sugería que Huygens había aterrizado en la orilla de un antiguo lago de hidrocarburos. El cielo era de color naranja intenso, y el brillo del Sol era mil veces menor que la luz solar en la Tierra (pero aún así era más de cien veces más brillante que bajo la luna llena en la Tierra). La temperatura de la superficie de Titán era de 94 K (-179 °C). La nave calentó lo suficiente el hielo donde aterrizó para que sus instrumentos pudieran medir el gas hidrocarburo liberado. Las mediciones en la superficie continuaron durante más de una hora antes de que la sonda sucumbiera a la gélida temperatura.

Figura 2: Vistas de la superficie de Titán. La imagen de la izquierda muestra las vistas de Titán desde la cámara de descenso, en una proyección aplanada, a diferentes altitudes. La imagen de la derecha, tomada tras el aterrizaje, muestra una superficie llena de rocas iluminada por una tenue luz solar rojiza. Los cantos rodados están compuestos por hielo de agua. (Crédito izquierdo: modificación de un trabajo de ESA/NASA/JPL/Universidad de Arizona; crédito derecho: modificación de un trabajo de ESA/NASA/JPL/Universidad de Arizona; procesado por Andrey Pivovarov)

Las imágenes de radar e infrarrojas de Titán obtenidas por el orbitador Cassini fueron construyendo una imagen de una superficie notablemente activa en esta luna, compleja y geológicamente joven (Figura 3). Hay grandes lagos de metano cerca de las regiones polares que interactúan con el metano de la atmósfera, de forma parecida a como los océanos de agua de la Tierra interactúan con el vapor de agua de nuestra atmósfera. La presencia de muchos rasgos erosivos indica que el metano atmosférico puede condensarse y caer en forma de lluvia, para luego fluir por los valles hasta los grandes lagos. Así, Titán tiene un equivalente a baja temperatura del ciclo del agua en la Tierra, con líquido en la superficie que se evapora, forma nubes y luego se condensa para caer como lluvia, pero en Titán el líquido es una combinación de metano, etano y un rastro de otros hidrocarburos. Es un paisaje extrañamente familiar y, sin embargo, totalmente extraño.

Figura 3: Lagos de Titán. (a) Esta imagen de Cassini de un sobrevuelo de septiembre de 2006 muestra los lagos líquidos de Titán. Su composición es probablemente una combinación de metano y etano. (Como se trata de una imagen de radar, los colores se han añadido artificialmente. Las áreas azules oscuras son las superficies lisas de los lagos líquidos, y el amarillo es el terreno sólido más áspero que los rodea). (b) Este mosaico de la superficie de Titán de la misión Cassini-Huygens muestra en detalle una zona de cresta alta y muchos canales de erosión estrechos y sinuosos que parecen formar parte de una amplia red de «ríos» esculpidos por el flujo de hidrocarburos. (crédito a: modificación del trabajo de NASA/JPL-Caltech/USGS; crédito b; modificación del trabajo de NASA/JPL/ESA/Universidad de Arizona)

Estos descubrimientos plantean la cuestión de si podría haber vida en Titán. Los hidrocarburos son fundamentales para la formación de las grandes moléculas de carbono que son esenciales para la vida en nuestro planeta. Sin embargo, la temperatura de Titán es demasiado baja para el agua líquida o para muchos de los procesos químicos que son esenciales para la vida tal y como la conocemos. Sin embargo, sigue existiendo la intrigante posibilidad de que Titán haya desarrollado una forma diferente de vida basada en el carbono a baja temperatura, que podría funcionar con hidrocarburos líquidos haciendo el papel del agua. El descubrimiento de esa «vida como no la conocemos» podría ser incluso más emocionante que encontrar vida como la nuestra en Marte. Si esa vida verdaderamente extraterrestre está presente en Titán, su existencia ampliaría enormemente nuestra comprensión de la naturaleza de la vida y de los entornos habitables.

Los científicos de la misión Cassini y los especialistas en presentaciones visuales del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA han elaborado unas bonitas películas a partir de las imágenes tomadas por Cassini y Huygens. Vea, por ejemplo, la aproximación a Titán y el sobrevuelo de la zona de los lagos del norte.

Tritón y sus volcanes

Figura 4: Tritón, la luna de Neptuno. Este mosaico de imágenes del Voyager 2 de Tritón muestra una amplia gama de características de la superficie. La zona rosada de la parte inferior es el gran casquete polar sur de Tritón. El polo sur de Tritón está orientado hacia el Sol, y el ligero efecto de calentamiento está llevando parte del material hacia el norte, donde es más frío. (Crédito: modificación de un trabajo de NASA/JPL/USGS)

La mayor luna de Neptuno, Tritón (no hay que confundir su nombre con Titán), tiene un diámetro de 2720 kilómetros y una densidad de 2,1 g/cm3, lo que indica que probablemente está compuesta por un 75% de roca mezclada con un 25% de hielo de agua. Las mediciones indican que la superficie de Tritón tiene la temperatura más fría de todos los mundos que han visitado nuestros representantes robóticos. Debido a que su reflectividad es tan alta (alrededor del 80%), Tritón refleja la mayor parte de la energía solar que incide sobre él, lo que da como resultado una temperatura superficial de entre 35 y 40 K.

El material de la superficie de Tritón está formado por agua congelada, nitrógeno, metano y monóxido de carbono. El metano y el nitrógeno existen como gas en la mayor parte del sistema solar, pero están congelados a las temperaturas de Tritón. Sólo una pequeña cantidad de vapor de nitrógeno persiste para formar una atmósfera. Aunque la presión superficial de esta atmósfera es de sólo 16 millonésimas de bar, es suficiente para soportar finas capas de neblina o nubes.

La superficie de Tritón, como la de muchas otras lunas del sistema solar exterior, revela una larga historia de evolución geológica (Figura 4). Aunque se encuentran algunos cráteres de impacto, muchas regiones han sido inundadas bastante recientemente por la versión local de la «lava» (quizás agua o mezclas de agua y amoníaco). También hay misteriosas regiones de terreno revuelto o montañoso.

Figura 5: Géiseres de Tritón. Esta imagen de primer plano muestra algunos de los géiseres de la luna Tritón de Neptuno, con los largos trenes de polvo apuntando hacia la parte inferior derecha en esta imagen. (crédito: modificación del trabajo de la NASA/JPL)

El sobrevuelo de Tritón por parte de las Voyager tuvo lugar en un momento en el que el polo sur de la luna estaba inclinado hacia el Sol, lo que permitió que esta parte de la superficie disfrutara de un periodo de relativo calor. (Recuerda que «cálido» en Tritón sigue siendo escandalosamente más frío que cualquier cosa que experimentemos en la Tierra). Un casquete polar cubre gran parte del hemisferio sur de Tritón, aparentemente evaporándose a lo largo del borde norte. Este casquete polar puede estar formado por nitrógeno congelado que se depositó durante el invierno anterior.

Es sorprendente que las imágenes del Voyager mostraran que la evaporación del casquete polar de Tritón genera géiseres o penachos volcánicos de gas nitrógeno (véase la figura 5). (Las fuentes de dicho gas se elevaban a unos 10 kilómetros de altura, visibles en la fina atmósfera porque el polvo de la superficie se elevaba con ellas y las coloreaba de forma oscura). Estos penachos difieren de los penachos volcánicos de Io en su composición y también en que obtienen su energía de la luz solar que calienta la superficie y no del calor interno.

Conceptos clave y resumen

La luna de Saturno, Titán, tiene una atmósfera más densa que la de la Tierra. Hay lagos y ríos de hidrocarburos líquidos, y evidencias de un ciclo de evaporación, condensación y retorno a la superficie que es similar al ciclo del agua en la Tierra (pero con metano y etano líquidos). El módulo de aterrizaje Cassini-Huygens se posó en Titán y mostró una escena con rocas, hechas de hielo de agua, congeladas más duras que la roca. Tritón, la fría luna de Neptuno, tiene una atmósfera muy fina y géiseres de gas nitrógeno.