12.3: Titán y Tritón
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Objetivos de aprendizaje
Al final de esta sección, podrás:
- Explica cómo la espesa atmósfera de Titán hace posibles cuerpos de líquido en su superficie
- Describe lo que aprendimos del aterrizaje en Titán con la sonda Huygens
- Discutir las características que observamos en la superficie de Triton cuando el Voyager 2 pasó volando
Ahora cambiamos nuestra atención hacia pequeños mundos en las partes más distantes del sistema solar. La gran luna de Saturno Titán resulta ser un primo extraño de la Tierra, con muchas similitudes a pesar de las gélidas temperaturas. Las observaciones Cassini de Titán han proporcionado algunos de los descubrimientos recientes más emocionantes en la ciencia planetaria. Luna de Neptuno Tritón también tiene características inusuales y se asemeja a Plutón, lo que discutiremos 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 vio las cuatro grandes lunas de Júpiter. Titán tiene aproximadamente el mismo diámetro, masa y densidad que Calisto o Ganímedes. Presumiblemente también tiene una composición similar, aproximadamente medio hielo y mitad roca. Sin embargo, Titán es único entre las lunas, con una atmósfera espesa y lagos y ríos y lluvia que cae (aunque estas no están compuestas por agua sino de hidrocarburos como el etano y el metano, que pueden permanecer líquidos a las temperaturas gélidas en Titán).
El sobrevuelo Voyager de Titán de 1980 determinó que la densidad superficial de su atmósfera es cuatro veces mayor que la de la Tierra. La presión atmosférica sobre esta luna es de 1.6 bares, mayor que la de cualquier otra luna y, notablemente, incluso mayor que la de los planetas terrestres Marte y la Tierra. La composición atmosférica es principalmente nitrógeno, una forma importante en la que la atmósfera de Titán se asemeja a la de la Tierra.
También se detectaron en la atmósfera de Titán monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (compuestos de hidrógeno y carbono) como metano (CH 4), etano (C 2 H 6) y propano (C 3 H 8), y compuestos nitrogenados como cianuro de hidrógeno (HCN), cianógeno (C 2 N 2) y cianoacetileno (HC 3 N). Su presencia indica una química activa en la que la luz solar interactúa con el nitrógeno atmosférico y el metano 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\(\PageIndex{1}\).
Estos descubrimientos de la Voyager motivaron un programa de exploración mucho más ambicioso utilizando el orbitador Cassini Saturn 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 por radar, realizó docenas de vuelos cercanos de Titán entre 2004 y 2015, cada uno de los cuales produjo imágenes de radar e infrarrojos de partes de la superficie (ver Sección 11.1, Explorando los planetas exteriores). La sonda Huygens descendió exitosamente en paracaídas a través de la atmósfera, fotografiando la superficie desde 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 en el sistema solar exterior.
Al final de su descenso en paracaídas, la sonda Huygens de 329 kilogramos aterrizó de manera segura, se deslizó una corta distancia y comenzó a enviar datos de regreso a la Tierra, incluyendo fotos y análisis de la atmósfera. Parecía haber aterrizado en una llanura plana, sembrada de rocas, pero tanto la superficie como las rocas estaban compuestas por hielo de agua, que es tan duro como la roca a la temperatura de Titán (ver Figura\(\PageIndex{2}\)).
Las fotos tomadas durante el descenso mostraron una variedad de características, incluyendo canales de drenaje, lo que sugiere que Huygens había aterrizado en la orilla de un antiguo lago de hidrocarburos. El cielo era de color naranja profundo, y el brillo del Sol era mil veces menor que la luz solar en la Tierra (pero aún más de cien veces más brillante que bajo la luna llena en la Tierra). La temperatura superficial de Titán fue de 94 K (−179 °C). La nave espacial más cálida calentaba lo suficiente del hielo donde aterrizó para que sus instrumentos midieran el gas hidrocarbonado liberado. Las mediciones en la superficie continuaron por más de una hora antes de que la sonda sucumbiera a la temperatura gélida.
El radar y las imágenes infrarrojas de Titán del orbitador Cassini construyeron gradualmente una imagen de una superficie notablemente activa en esta luna, compleja y geológicamente joven (Figura). Hay grandes lagos de metano cerca de las regiones polares que interactúan con el metano en la atmósfera, tanto como los océanos de agua de la Tierra interactúan con el vapor de agua en nuestra atmósfera. La presencia de muchas características erosivas indica que el metano atmosférico puede condensarse y caer como lluvia, luego fluir por valles hacia 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 una traza de otros hidrocarburos. Es un paisaje extrañamente familiar y sin embargo completamente ajeno.
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 en 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, queda una posibilidad intrigante de que Titán haya desarrollado una forma diferente de vida a base de carbono a baja temperatura que podría operar con hidrocarburos líquidos que desempeñan el papel de agua. El descubrimiento de tal “vida como la desconocemos” podría ser incluso más emocionante que encontrar una vida como la nuestra en Marte. Si una vida tan verdaderamente ajena está presente en Titán, su existencia ampliaría enormemente nuestra comprensión de la naturaleza de la vida y de los ambientes habitables.
Los científicos de la misión Cassini y los especialistas en presentaciones visuales del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA han reunido algunas películas bonitas a partir de las imágenes tomadas por Cassini y Huygens. Véase, por ejemplo, el enfoque Titán y el paso elevado del distrito de los lagos del norte.
Tritón y sus volcanes
La luna más grande de Neptuno Tritón (no se confunda su nombre con Titán) tiene un diámetro de 2720 kilómetros y una densidad de 2.1 g/cm 3, lo que indica que probablemente esté compuesta por cerca de 75% de roca mezclada con 25% de hielo de agua. Las mediciones indican que la superficie de Triton tiene la temperatura más fría de cualquiera de los mundos que han visitado nuestros representantes de robots. Debido a que su reflectividad es tan alta (alrededor del 80%), Triton refleja la mayor parte de la energía solar que cae sobre él, resultando en una temperatura superficial entre 35 y 40 K.
El material superficial de Triton está hecho de agua congelada, nitrógeno, metano y monóxido de carbono. El metano y el nitrógeno existen como gas en la mayor parte del sistema solar, pero se congelan a las temperaturas de Tritón. Solo una pequeña cantidad de vapor de nitrógeno persiste para formar una atmósfera. Aunque la presión superficial de esta atmósfera es de solo 16 millonésimas de bar, esto es suficiente para soportar capas delgadas 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\(\PageIndex{4}\)). Aunque se encuentran algunos cráteres de impacto, muchas regiones han sido inundadas recientemente por la versión local de “lava” (quizás mezclas de agua o agua-amoníaco). También hay regiones misteriosas de terreno desmesurado o montañoso.
El sobrevuelo Voyager de Tritón tuvo lugar en un momento en que el polo sur de la luna se inclinaba hacia el Sol, permitiendo que esta parte de la superficie disfrutara de un período de relativa calidez. (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 consistir en nitrógeno congelado que se depositó durante el invierno anterior.
Notablemente, las imágenes de la Voyager mostraron que la evaporación del casquete polar de Tritón genera géiseres o penachos volcánicos de gas nitrógeno (ver Figura\(\PageIndex{5}\)). (Fuentes de tal gas se elevaron a unos 10 kilómetros de altura, visibles en la delgada atmósfera porque el polvo de la superficie se elevó con ellas y las coloreó de oscuridad). Estas plumas difieren de las plumas volcánicas de Io en su composición y también en que derivan su energía de la luz solar calentando la superficie más que del calor interno.
Conceptos clave y resumen
La luna de Saturno Titán tiene una atmósfera que es más gruesa que la de la Tierra. Hay lagos y ríos de hidrocarburos líquidos, y evidencia de un ciclo de evaporación, condensación y retorno a la superficie que es similar al ciclo del agua en la Tierra (pero con metano líquido y etano). El módulo de aterrizaje de Cassini-Huygens se posó en Titán y mostró una escena con cantos rodados, hechos de hielo de agua, congelados más duro que la roca. La luna fría de Neptuno Tritón tiene una atmósfera muy delgada y géiseres de gas nitrógeno.