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ASTRONOMÍA

Paisajes de Titán

El metano en estado líquido crea cañones y lagos, mientras que los vientos forman dunas y planicies en la superficie helada de la mayor luna de Saturno

ESA/ NASA/ JPL/ University of Arizona La polvorienta superficie de Titán, fotografiada por el módulo de aterrizaje HuygensESA/ NASA/ JPL/ University of Arizona

La misión espacial Cassini-Huygens, cuya conclusión está prevista para el mes de septiembre de 2017, orbita al planeta Saturno y sus lunas desde el mes de julio de 2004. Durante su misión, uno de los principales objetivos de la sonda Cassini fue Titán, el mayor satélite natural de Saturno, de un diámetro un 50% mayor que la Luna de la Tierra. En 2004, durante uno de los primeros sobrevuelos a Titán, la nave lanzó la sonda espacial Huygens, que aterrizó en el satélite helado. Las fotografías tomadas entonces revelaron una superficie repleta de polvo y rocas, cuyas formas redondeadas sugieren que fueron erosionadas por la corriente de un río actualmente seco. No obstante, los análisis de las imágenes divulgadas en agosto de ese año comprobaron que aún fluyen grandes ríos en Titán, lo cual confirma que, con base en lo que se conoce hasta ahora, este satélite es, además de la Tierra, el único cuerpo celeste del Sistema Solar que alberga líquidos fluyendo constantemente por su superficie.

“Al igual que en la Tierra el agua circulante en estado sólido, líquido y gaseoso, en Titán es el metano el que puede existir en esos tres estados físicos”, sugiere la astrónoma Rosaly Lopes, jefa de la División de Ciencias Planetarias del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus sigla en inglés) de la agencia espacial estadounidense (NASA), la única científica brasileña participante en la misión. “En Titán, observamos nubes, nieve, lluvias, ríos y lagos de metano”.

La mayor luna de Saturno posee una atmósfera muy densa. Según Lopes, ello dificulta que las cámaras que captan la luz visible o que los espectrómetros, dispositivos que identifican la composición química de las sustancias, divisen claramente su superficie desde el espacio. “El mejor instrumento para atravesar esa bruma es el radar”, comenta la astrónoma. Luego de sobrevolar decenas de veces esa luna, el radar de la sonda Cassini obtuvo datos que le permitieron a Lopes y a su equipo internacional de colaboradores elaborar un mapa del relieve de alrededor del 60% de la superficie. Las conclusiones, publicadas en una serie de artículos en la edición del mes de mayo de la revista Icarus, resumen todo lo que se sabe hasta ahora sobre la geología de Titán.

El mapeo que realizaron Lopes y sus colaboradores indicó que las lluvias y ríos de metano, un compuesto formado por un átomo de carbono y cuatro de hidrógeno (CH4), esculpen los paisajes de las regiones cercanas a los polos norte y sur de Titán. En tanto, el relieve del resto del satélite está determinado principalmente por la actividad de los vientos.

NASA/ JPL-Caltech/ ASI En la imagen tomada por el radar de la sonda Cassini, los campos de dunas de Titán figuran como líneas oscuras, al norte de las montañas de Xanadu (centro). A la derecha, el cráter KSANASA/ JPL-Caltech/ ASI

En Titán, los vientos no soplan constantemente ni son tan fuertes como en la Tierra: allá las velocidades varían entre 1 metro por segundo (m/s) y 10 m/s, mientras que aquí pueden sobrepasar los 100 m/s. No obstante, el efecto acumulativo a lo largo de décadas es suficiente para modelar grandes campos de dunas en el ecuador y en los trópicos de la luna. Las imágenes que tomó la sonda Cassini también sugieren que los vientos que alcanzan escala planetaria transportan parte de la arena de los trópicos y sedimentos polares hacia las inmensas planicies de suave relieve ubicadas en las zonas templadas.

Si un astronauta explorara la superficie de Titán sería capaz de caminar fácilmente en un mundo donde la fuerza de gravedad es alrededor de 10 veces más débil que la de la Tierra, aunque debería utilizar un traje espacial para protegerse de las gélidas temperaturas (alrededor de -180ºC) y de la atmósfera sin oxígeno, compuesta principalmente por nitrógeno y nubes de metano. Aquél que pusiese sus pies allí también necesitaría linternas, dado que esa luna recibe solamente la décima parte de la luz solar que llega a la Tierra, y un visor infrarrojo para ver a través de una espesa niebla anaranjada.

Esa niebla está formada por diversos compuestos de carbono e hidrógeno, tales como etano, propano, acetileno y otros hidrocarburos. Las reacciones químicas que desencadena la luz solar convierten a esos compuestos en un hollín oscuro compuesto por polímeros orgánicos denominados tolinas, que cubren toda la superficie de Titán, cuya corteza, con montañas, valles y depresiones, está formada por agua congelada, dura como roca.

La fórmula exacta de la mezcla que compone las tolinas aún es un misterio, puesto que el metano en la atmósfera de Titán funciona como una barrera para el espectrómetro de la sonda Cassini. “Sólo pudimos analizar la luz emitida por la superficie en pocas longitudes de onda, entonces no se pudo definir la composición química de las sustancias que hay allí”, explica Lopes. La investigadora colabora con Anezina Solomonidou, geóloga planetaria que actualmente hace una pasantía de posdoctorado en el JPL, para combinar los datos del espectrómetro con los del radar de Cassini. “Mientras que el espectrómetro aporta pistas de la composición química en cada punto de la superficie, los tres modos diferentes de operación del radar informan sobre la temperatura, la topografía y esbozan una idea de la dureza de la textura del material en cada uno de esos puntos”.

La temperatura de Titán, especialmente en las regiones polares, se torna lo suficientemente baja como para que el vapor de metano presente en la atmósfera se precipite sobre la superficie en forma de lluvia o nieve. Ahí, en las proximidades de los polos, un astronauta podría usar una embarcación para navegar por ríos de metano, donde el mayor de ellos, que se escurre a través del polo norte, tiene la extensión del Nilo africano. Los ríos de Titán fluyen por el fondo de desfiladeros de hielo, con paredones escarpados de más de 500 metros de altura, un paisaje que recuerda al del Gran Cañón, en Estados Unidos, tal como confirmaron científicos italianos en un estudio que se publicó en el mes de agosto en la revista Geophysical Research Letters. Esos ríos alimentan lagos de metano, algunos de ellos con dimensiones comparables a las de los Grandes Lagos, ubicados en la frontera entre Estados Unidos y Canadá. “Suponemos que los cañones de Titán se habrían formado por la erosión causada por los ríos”, explica Lopes. “Sin embargo, la mayoría de esos ríos hoy están secos y dibujan un relieve al que denominamos laberintos polares”.

NASA/ JPL-Caltech/ ASI En las regiones polares, los ríos excavaron laberintos de cañones con cientos de kilómetros de extensiónNASA/ JPL-Caltech/ ASI

En tanto, en el ecuador y en los trópicos de Titán, un astronauta contemplaría vastas planicies de dunas, que ocupan todo el horizonte. En este satélite de Saturno, las dunas alcanzan los 180 metros de altura y forman planicies que se asemejan a las que existen en Egipto y Namibia, en África. La diferencia es que allá, en Titán, la arena de las dunas no está conformada por silicatos, un mineral formado por compuestos químicos inorgánicos, sino por granos de hidrocarburos (compuestos orgánicos) similares a las tolinas. “La arena de las dunas se genera en la zona ecuatorial, pero no sabemos cómo”, comenta Michael Malaska, investigador del JPL y uno de los colaboradores de Lopes.

“La diferencia entre la composición de los gases, líquidos y sólidos de la superficie de Titán con los que se encuentran en la Tierra resulta fascinante, pese a que la morfología del paisaje de allá se parezca a la de aquí”, comenta Lopes. Titán es una luna muy dinámica, diferente al satélite natural de la Tierra, donde prácticamente no ocurre nada desde hace miles de millones de años. “Las alteraciones que observamos año a año con la sonda Cassini son pequeñas, pero hay indicios de que, a lo largo de las décadas, las reacciones químicas en la atmósfera y en la superficie de Titán, sumadas a la erosión por el metano líquido y los vientos, provocan gran variación en su relieve”.

La astrónoma estudia la geología de los planetas y satélites del Sistema Solar en el JPL desde 2989. Colaboró con la misión Galileo, que exploró Júpiter y sus lunas entre 1995 y 2003, y descubrió decenas de volcanes en el satélite Ío. Y continúa aún actualmente analizando los datos obtenidos por esa misión (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 160). Su interés especial por los volcanes la impulsó a colaborar también con la misión Cassini. Lopes identificó relieves montañosos en esa luna de Saturno que parecerían ser producto de una actividad de volcanes de hielo o criovolcanes, hoy aparentemente apagados. A diferencia de los volcanes terrestres y de Ío, que expiden lava compuesta por roca incandescente, los criovolcanes son montañas de hielo que, durante sus erupciones, expulsan una mezcla de agua, amoníaco y metano, con una consistencia similar a la de un helado. “Los estudios que midieron pequeñas diferencias en la órbita de la sonda Cassini alrededor de Titán sugieren que existe un océano de agua líquida debajo de la corteza de hielo que forma la superficie de esa luna”, explica.

Es probable que los criovolcanes expulsen material del océano interior hacia la superficie. Si ocurriera lo contrario y parte del material orgánico de la superficie pudiera penetrar en el océano interior de Titán y mezclarse con sus aguas, allí podría existir un ámbito propicio para el surgimiento de formas de vida, aventura Malaska. “La superficie de Titán es muy fría y muchas de las reacciones químicas que caracterizan la vida terrestre no ocurren a temperaturas tan bajas”, explica el investigador.

NASA/ JPL-Caltech/ ASI/ Cornell Ligeia Mare, el mayor lago de Titán, ocupa 130 mil kilómetros cuadrados y tiene una profundidad de más de 200 metrosNASA/ JPL-Caltech/ ASI/ Cornell

Cañones, laberintos y llanuras
Los criovolcanes son bastante raros en la superficie de Titán, siendo menos frecuentes que los laberintos de cañones polares, el cuarto tipo de terreno más común ahí. En tercer lugar se ubican las cadenas montañosas de hielo, la mayoría de ellas situadas inmediatamente al sur del ecuador, en una región denominada Xanadu. El segundo paisaje más frecuente son los campos de dunas, que se concentran en la región denominada Shangri-La. Con todo, el panorama predominante en Titán son los terrenos indiferenciados, vastas planicies de relieve muy suave, que se concentran en las zonas templadas, entre los campos de dunas y los laberintos de cañones. “La mayoría de mis colegas no querían estudiar esos terrenos, porque son achatados y no parecen albergar nada interesante”, relata Lopes. Pero ella piensa de manera diferente. “Si esas llanuras cubren la mayor parte de la superficie, no podremos comprender la geología de Titán sin conocer el origen de las mismas”.

A raíz de que parecen ser muy lisos y planos, Lopes sospechó desde un comienzo que los terrenos indiferenciados serían grandes planicies de hielo, vestigios de derrames de criolava ancestrales. No obstante, sus estudios revelaron que el suelo de esas planicies estaba conformado por una capa de sedimentos con decenas de metros de profundidad y una composición similar a la de las arenas de las dunas ecuatoriales. Al evaluar la orientación del formato de las dunas y otros relieves, ella y su equipo reconstruyeron la dirección predominante de los vientos en Titán, llegando a la conclusión de que las planicies de la zona templada también estarían conformadas por sedimentos provenientes de los trópicos y de los polos traídos por los vientos.

“Los estudios de Titán aún se encuentran en la infancia”, dice Lopes. “Las mejores imágenes tienen una resolución relativamente baja y, de todos modos, no vamos a poder mapear la totalidad de su superficie hasta el final de la misión, un hecho que ocurrirá en septiembre de 2017”.

Artículos científicos
LOPES, R. M. C. et al. Nature, distribution, and origin of Titan’s undifferentiated plains. Icarus. v. 270, p. 162-82. 15 may. 2016.
MALASKA, M. J. et al. Material transport map of Titan: The fate of dunes. Icarus. v. 270, p. 183-96. 15 may. 2016.

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