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¿Qué pinta tiene Titán?

Cassini desenmascara a Titán

Figura 1: Imagen de Titán tomada por la nave Voyager al pasar por el sistema. La cubierta de nubes y polvo frecuentemente no deja ver la superficie. (Crédito: NASA)

Antes de que la sonda Cassini empezara su recorrido por el sistema de Saturno, poco se sabía acerca de Titán (una de las tantas lunas de Saturno). Cuando Voyager pasó cerca de Titán en 1981, obtuvo una imagen amarronada y difusa de esta luna (ver Figura 1). Por los siguientes 24 años, nos quedamos con la pregunta: ¿qué podía estar transcurriendo en la superficie de Titán, oscurecida por su densa atmósfera?

La respuesta a esta pregunta llegó en 2004, cuando Cassini, equipado con instrumentos capaces de medir distintas longitudes de onda, llegó al sistema de Saturno.  Usando múltiples colores, logró tomar imágenes de distintas capas de la atmósfera de Titán y a ciertas longitudes de onda, fue incluso posible revelar su superficie. Al hacerlo, se descubrió que Titán es, en muchos aspectos, muy similar a la Tierra, aunque con una temperatura más baja, de 100 K. Una de las similitudes más notables es que el ciclo del metano en Titán es casi equivalente al ciclo hidrológico terrestre.  Los astrónomos han observado gigantescas tormentas de metano en la atmósfera, lagos de metano cerca de los polos y regiones áridas de dunas probablemente debidas a algún tipo de metano congelado o “arena” de hidrocarburos en la zona ecuatorial.  Estos campos de dunas son el tema del trabajo que describimos hoy, ya que los autores han notado que puntos inusualmente brillantes han aparecido en esta región tres veces a lo largo de la visita de 13 años de Cassini.

Las fechas correspondientes a la aparición de esté fenómeno fueron el 7 de junio de 2009, el 12 de enero de 2010 y el 21 de junio de 2010. La Figura 1 muestra varias imágenes de Titán tomadas por el instrumento VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer, por sus siglas en inglés) a bordo de Cassini. Los distintos colores representan distintas longitudes de onda, con el rojo correspondiendo a una intensidad promedio que cae entre los 5 y 5.07 micrones y el verde, entre los 2 y 2.78 micrones. La ubicación del punto brillante se representa por una flecha y tiende a aparecer de color rosado en esta escala.

Figura 2: Imágenes de Titán tomadas por VIMS en distintos acercamientos. Los colores representan distintas intensidades a diferentes longitudes de onda. Rojo corresponde al rango entre 5 y 5.07 micrones y verde, al rango entre 2 y 2.78 micrones. El punto brillante cerca de los campos de dunas se señala por una flecha blanca y aparece de color rosado comparado con las dunas más oscuras en la superficie. (Figura 1 del artículo.)

Estos tres eventos duraron entre 11 y 14 horas, la duración del paso cercano de Cassini por Titán. Sin embargo, como Cassini tenía otras tareas más allá de monitorearlos, no fueron observables hasta el siguiente acercamiento de la sonda,  4-5 semanas terrestres más tarde (3 días en Titán), para cuando ya habían desaparecido. Llama la atención el momento en que los eventos ocurrieron: todos ellos tuvieron lugar durante el equinoccio en Titán, cuando el Sol estaba directamente sobre el ecuador. Dado que a Titán (y a Saturno) le lleva 30 años terrestres orbitar el Sol, el equinoccio dura por varios años terrestres y estos tres eventos ocurrieron durante un solo equinoccio. Cualquiera sea su causa, los autores sugieren que se encuentra de alguna manera correlacionada con el calentamiento solar de la región.

¿Nublado con posibilidad de metano?

Las áreas brillantes en las imágenes de VIMS no son infrecuentes. La presencia de grandes nubes de metano en Titán está correlacionada con tormentas de metano, que aparecen brillantes tanto en el infrarrojo como en el óptico. Algunas de estas tormentas han sido observadas incluso en la región ecuatorial, aunque son poco comunes. Sin embargo, luego de descubrir que estos eventos desaparecían en longitudes de onda menores a 1.6 micrones, los autores descartaron la posibilidad de una nube de metano. Su decisión fue validada al considerar modelos atmosféricos para determinar la altitud del objeto. Concluyeron que los eventos debían ocurrir a una altitud menor a los 14 km, mucho menor que la de la mayoría de las nubes de metano observadas. Más aún, haciendo ciertas aproximaciones acerca de la humedad relativa de Titán y la naturaleza convectiva de una nube, los autores calcularon que una nube de metano debía por lo menos extenderse hasta una altura mínima de 25 km. Así pues, lo que sea que está causando este fenómeno de abrillantamiento, no se relaciona con una nube de metano típica.

¿Una erupción criovolcánica (un volcán helado)?

Las ondas infrarrojas también pueden ser un buen indicador de temperatura. Un punto brillante normalmente representa un punto caliente. Los autores investigaron la hipótesis de que este evento esté correlacionado con algún tipo de lava caliente emitida por un criovolcán.  Sin embargo, una comparación de la superficie justo antes y justo después de la aparición de la zona brillante indicó que la temperatura en la superficie se mantuvo constante. Sería dificultoso que la lava se enfriara suficientemente rápido para el momento de la nueva aparición de Cassini. Aunque la idea del criovulcanismo es atractiva, no es la causa del fenómeno observado.

¿Tormentas de polvo orgánico?

Los autores proponen la teoría de que Titán, como la Tierra y Marte, es susceptible a tormentas de polvo en áreas áridas. Al igual que en la Tierra y en Marte, las dunas suelen estar presentes en regiones áridas. La diferencia es que la “polvo” en Titán estaría compuesto de algún tipo de partículas orgánicas del tamaño de micrones (tolinas) que serían fáciles de elevar con una velocidad del viento relativamente pequeña. De hecho, cuando la sonda Huygens aterrizó en Titán, detectó una capa muy fina de material que ¡podría ser la culpable! Los autores extendieron sus modelos atmosféricos para simular distintas velocidades del viento y tamaños de las partículas y fueron exitosos en crear una nube de polvo que ajusta la señal observada en las imágenes de VIMS (ver Figura 3). Sin embargo, los vientos requeridos para elevar y suspender las partículas en la atmósfera por un tiempo prolongado deben ser más fuertes que los típicamente observados en la superficie de Titán (de varios m/s a decenas de m/s). Los autores proponen que estos vientos podrían ser originados por una tormenta de metano. Este proceso es similar al del comienzo de algunas tormentas en la Tierra, cuando la presión cae, la temperatura baja y el viento eleva su velocidad. Como solo algunas pocas tormentas ecuatoriales han sido observadas en Titán, esto podría explicar por qué estas tormentas de polvo son infrecuentes. Un problema con esta teoría es que no parece haber tormentas de metano ocurriendo al mismo tiempo que las de polvo, aunque esta observación podría deberse al tiempo limitado de observación de Cassini durante cada acercamiento. Aún así, los autores sugieren que si la teoría de la tormenta de polvo se vuelve exitosa, Titán se uniría al conjunto de objetos en el sistema solar, en el que se incluyen la Tierra y Marte, donde hay una erosión eólica activa.

Figura 3: El brillo de uno de los tres eventos como función de la longitud de onda. Los datos están graficados en amarillo y las curvas representan tres modelos atmosféricos diferentes. La línea negra asume que no hay ninguna nube; la azul asume la presencia de una nube de metano con una altura total de 13 km; y la roja, la presencia de una nube orgánica de polvo a una altura de 12 km. Mientras que el modelo que mejor ajusta los datos es el de la nube de polvo (“Tholin cloud” en la leyenda), los autores no descartan la posibilidad de una nube de metano basados en su ajuste. Dicen, sin embargo, que ninguna nube de metano podría existir a una altura tan baja, indicando que el modelo en azul no tiene un buen sustento físico. (Parte c de la figura 3 del artículo.)

El legado de Cassini

Luego de hacer su visita de 20 años al sistema de Saturno, la misión Cassini se sumergió en la atmósfera del gigante gaseoso en septiembre de 2017. Sin embargo, su legado aún vive, como lo demuestra la publicación de hoy. Los datos tomados por Cassini años atrás continúan siendo analizados y re-analizados, llevando a nuevas sorpresas, descubrimientos y también misterios sobre Saturno y sus lunas. Las tormentas de polvo fueron descubiertas a base de imágenes tomadas hace 8 años. ¡Quién sabe qué nos depara el próximo paso por los archivos!

 

Imagen de portada: IPGP/Labex UnivEarthS/University Paris Diderot – C. Epitalon & S. Rodriguez

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