Océanos con mareas en Titán

Posible océano de agua subsuperficial en Titán
Gracias a la orientación del Sol respecto de Titán, que ahora brilla sobre el polo norte de dicha luna, la sonda Cassini de la NASA ha obtenido nuevas imágenes de los mares y lagos de metano y etano.

Las imágenes revelan nuevas pistas acerca de cómo se han formado los lagos y sobre lo que se parece al ciclo hidrológico de la Tierra, que en Titán involucra hidrocarburos en lugar de agua.

Concepción artística que muestra la posible estructura interna de Titán, inferida a partir de los datos proporcionados por la nave Cassini. Crédito: A. Tavani.

La brumosa luna Titán de Saturno forma parte ahora de la corta lista de satélites que probablemente albergan un océano de agua subsuperficial, según los nuevos resultados de la sonda Cassini de la NASA.

A medida que Titán viaja alrededor de Saturno durante sus órbitas elípticas de 16 días, es presionado rítmicamente por la atracción gravitatoria del planeta gigante, un efecto conocido como flexión de marea.


Si la luna estuviese compuesta en su mayoría por roca, la flexión sería de alrededor de 1 metro. Pero con base en las mediciones tomadas por la nave Cassini, que ha estado orbitando Saturno desde 2004, Titán exhibe una flexión mucho más intensa –diez veces más, de hecho, tanto como 10 metros-, lo que indica que, después de todo, no es completamente sólida.

En cambio, los científicos de Cassini estiman que hay un océano global de agua líquida bajo la corteza de hielo de Titán, posiblemente apretujado entre capas de hielo o roca.

“Lejos de ser capaces de perforar la superficie de Titán, las mediciones de la gravedad proporcionan los mejores datos que tenemos de la estructura interna de Titán”, dijo Sami Asma, miembro del equipo de Cassini en el Laboratorio de Propulsión a Chorro.

“La detección de Cassini de grandes mareas en Titán, lleva a la conclusión casi ineludible de que hay un océano oculto bajo su superficie”, dijo Luciano Iess, el principal autor del estudio y miembro del equipo de Cassini en la Universidad de Roma La Sapienza, Italia. “La búsqueda de agua es un objetivo importante de la exploración del Sistema Solar, y ahora hemos detectado otro lugar donde es abundante”.

Aunque el agua líquida es una necesidad para el desarrollo de la vida, su sola presencia no garantiza que los organismos extraterrestres estén nadando en un océano subterráneo.

Se piensa que el agua debe estar en contacto con la roca con la finalidad de crear los bloques fundamentales de la vida necesarios, y hasta ahora no se sabe qué situaciones pueden existir en el mar interior de Titán. Pero la presencia de dicho océano –que posiblemente contiene trazas de amoníaco- ayudaría a explicar cómo es repuesto el metano en la espesa atmósfera de la luna.

“La presencia de una capa de agua líquida en Titán es importante debido a que deseamos comprender cómo se almacena el metano en el interior de Titán y cómo puede salir en forma de gas hacia la superficie”, dijo Jonathan Lunine, miembro del equipo de Cassini en la Universidad Cornell, Ithaca, Nueva York.

 “Esto es importante porque todo lo que es único en Titán proviene de la presencia de abundante metano, pero el metano en la atmósfera es inestable y será destruido en escalas de tiempo geológicamente breves”.

Hace unos años, en el siglo pasado, muchos soñábamos con Titán, un mundo misterioso con atmósfera densa que fue estudiado por las sondas Voyager. Las observaciones que realizaron fueron estupendas y maravillosas, pero un tanto frustrantes, pues la densa atmósfera impedía ver su superficie. Pero se confirmó la presencia de metano en la atmósfera y se descubrió que en Titán llovía hidrocarburos.

Desde entonces hubo que esperar muchos años para que una misión llegara hasta allí y, por desgracia, habrá que esperar muchos más para que haya otra.

Pero mientras tanto Cassini y el increíble aterrizaje de Huygens sobre Titán nos hablan de un mundo helado de rocas hechas de hielo, ríos y lagos de metano y terreno cubierto por hidrocarburos. No parece que haya vida, pero es un mundo igualmente interesante.

Antes de la llegada de la sonda en 2004 se había especulado con la existencia de océanos de metano, porque dicho compuesto es inestable en la atmósfera de Titán y tiende a degradarse.

Los océanos de metano serían la reserva de dicho gas, que tendría un ciclo similar al del agua en la Tierra, pero a mucha menor temperatura.

Cassini ha demostrado que hay lagos de metano, algunos estacionales, pero que no hay tales océanos. Entonces ¿dónde está la reserva de metano? Esos lagos no dan para mucho. Se cree que hay hielos que contienen metano y que bajo la acción del calor liberan ese gas. Pero, ¿de dónde procede entonces ese hielo con metano?

Ahora los datos de Cassini han proporcionado lo que parece ser una explicación. El metano quizás esté disuelto en un océano de agua líquida a 100 Km de profundidad. En ciertos eventos geológicos, parte de esta agua subiría a la superficie y liberaría metano.

Lo curioso es cómo se ha llegado a saber de la existencia de este océano subterráneo. Al parecer, la capacidad de medir que tienen los expertos del campo a partir de los datos de Cassini les permite inferir el grado en el que Titán se deforma debido a las mareas.

Como ya sabemos, la fuerza de marea depende de la diferencia que hay entre la fuerza de gravedad entre dos caras de un mismo cuerpo. Así, la Luna ejerce una fuerza de atracción que es distinta a un lado que al otro de la Tierra y el nivel del mar se eleva.

La fuerza marea no depende tanto de la fuerza total ejercida, sino de la diferencia de fuerzas y esto depende de la distancia. Por eso la Luna produce mareas más intensas que el Sol sobre los mares terrestres.

El Sol tiene un campo gravitatorio más intenso, pero al estar más lejos su fuerza de marea es menor.

La órbita de Titán, tiene un periodo de 16 días y es un poco excéntrica. Titán está sujeto a distintas fuerzas de marea según su posición orbital. Titan se deforma bajo estas fuerzas y lo hace de manera más acusada cuando su órbita lo acerca a Saturno.

Lo interesante es cuando midieron el grado de deformación. Uno esperaría que incluso una superficie sólida se deforme bajo las fuerzas de marea.

Así que incluso la corteza de hielo de Titán sube y baja bajo esas fuerzas de marea. Si la corteza de Titán estuviera asentada sobre roca lo haría en menor medida que si estuviera sobre un líquido.

En el primer caso la marea sólida sería sólo de 1 m.
Pero las medidas indican que la marea sólida sobre Titán es nada menos que de 10 metros, así que debe de haber un océano líquido bajo la superficie.

El equipo de investigadores que ha hecho el estudio también ha conseguido estimar la viscosidad de dicho océano, que concuerda con la viscosidad del agua. Por tanto, ese océano es de agua probablemente aderezado con un poco de amoniaco.

Para comparar se puede mencionar que en la Tierra las mareas en mar abierto son sólo de 60 centímetros, aunque los accidentes geográficos pueden aumentar mucho el efecto en las costas.

La marea sólida sobre la Tierra producida por la Luna y Sol a la vez es de sólo 50 cm.

Esta característica de océanos de agua subterráneos parece que es habitual en las grandes lunas heladas de los planetas jovianos.

Curiosamente estas fuerzas de mareas en Titán no son suficientes como para calentar el hielo del subsuelo de Titán y hacer que se transforme en agua, pero este efecto, la desintegración de elementos radiactivos, las reacciones químicas con los silicatos y la presencia de amoniaco que haga bajar el punto de fusión pueden ser suficientes para este fin.

En cuanto al asunto de la vida en Titán, conviene recordar que el agua líquida es una condición necesaria, pero no suficiente para la vida tal y como la conocemos. Aunque agua líquida y compuestos de carbono parecen ser una buena combinación para que surja la vida, lo que no está claro es cómo pueden estos compuestos juntarse a la vez en Titán, ya que en la superficie el agua se transforma en duro hielo. Aunque se especula con que haya pozos de hidrocarburos.

Lo malo es que los modelos indican que el océano subterráneo no se asentaría sobre roca, sino sobre hielo de alta densidad debido a la alta presión, lo que dificultaría la evolución de vida.

Quizás Encelado (otra luna de Saturno) sea un mejor candidato para albergar vida, pues a los mares subterráneos de agua salada se une la presencia de compuestos de carbono.

Quizás la respuestas a algunas de estas preguntas las proporcione la misión TiME (Titan Mare Explorer ) , que es uno de los candidatos a misión que baraja la NASA para el futuro.

Si se aprueba quizás se lance al final de esta década (y tarde en llegar unos años más). Esta misión consiste en dejar caer un cuerpo flotante sobre uno de esos lagos de metano de Titán para estudiar la física y química del lago y de la atmósfera durante un tiempo. De momento sólo tenemos un sobrevuelo Cassini de vez en cuando.

El estudio del equipo apareció en la edición del 28 de junio de la revista Science.

Cassini detecta un “río Nilo” en Titán.

Posible océano de agua subsuperficial en Titán
Se trata de la primera vez que las imágenes revelan un sistema de este tipo, un vasto río con la resolución más alta de cualquier punto fuera de la Tierra.

Según los científicos, el río estaría lleno de líquido, ya que aparece oscuro a lo largo de toda su extensión en la imagen de radar de alta resolución, lo que indicaría una superficie lisa. Para Jani Radebaugh, del equipo de Cassini:
Aunque hay algunos cortos meandros, la rectitud relativa del valle del río sugiere que sigue el rastro de al menos una falla, similar a otros grandes ríos que desembocan en el margen sur de este mismo mar de Titán. Tales fallas, fracturas en el lecho rocoso de Titán, no pueden implicar la tectónica de placas, al igual que en la Tierra, pero aún así da lugar a la apertura de cuencas y tal vez a la formación de mares gigantes en sí.
Titán es el único otro mundo que conozco que tiene líquido estable en su superficie. Mientras que el ciclo hidrológico de la Tierra depende del agua, el ciclo equivalente de Titán consiste en hidrocarburos como etano y metano.
Y es que las imágenes de luz visible de las cámaras de Cassini revelaron a finales del 2010 regiones oscurecidas tras las lluvias. Dos Años atrás, en el 2008, el espectrómetro visual e infrarrojo de Cassini había confirmado la presencia de etano líquido en un lago en el hemisferio sur de Titán, un enclave conocido como Ontario Lacus.

Nicolas Altobelli, científico del proyecto, acaba el análisis explicando la importancia del descubrimiento del río:
Este río captado por Cassini nos ofrece otra instantánea fantástica de un mundo en movimiento, que se insinuó por primera vez a partir de las imágenes de los canales y barrancos captados por la sonda Huygens de la ESA en su descenso a la superficie de la Luna en 2005.
La misión Cassini-Huygens es un proyecto cooperativo de la NASA, ESA y ASI, la agencia espacial italiana.

Si bien hay un gran lago y otros más pequeños cerca del polo sur de la luna de Saturno, la mayoría de los lagos de Titán se encuentran cerca de su polo norte. Los científicos de Cassini han sido capaces de estudiar gran parte del terreno con el radar de la sonda, que puede penetrar bajo las nubes y la espesa neblina de Titán. 

Y hasta ahora, el espectrómetro de mapeo visual e infrarrojo de Cassini y el subsistema de obtención de imágenes científicas solo habían sido capaces de obtener vistas lejanas, oblicuas o parciales de esta zona.
Pero ahora, gracias a la combinación de varios factores, Cassini tuvo buenas oportunidades para llevar a cabo excelentes observaciones.

Posible océano de agua subsuperficial en Titán

La imagen mostrada aquí es un mosaico en luz infrarroja basado en datos obtenidos durante sobrevuelos de Titán el 10 y 26 de julio y el 12 de septiembre de 2013.

El mosaico del espectrómetro visual e infrarrojo revela diferencias en la composición del material alrededor de los lagos. 

Los datos sugieren que partes de los lagos y mares de Titán pueden haberse evaporado dejando el equivalente a las salinas de la Tierra. Se piensa que el material evaporado en Titán son compuestos químicos orgánicos formados a partir de las partículas de la neblina de la luna que alguna vez se disolvieron en metano líquido.

Ahora, gracias al instrumento de Cassini hemos podido obtener una visión amplia de una región de la que solo habíamos visto partes pequeñas y con menor resolución. Resulta que el polo norte de Titán es aún más interesante de lo pensado anteriormente, con una compleja interacción entre los líquidos de los lagos, mares y depósitos producidos por la evaporación de lagos y mares anteriores.

Las imágenes en infrarrojo cercano de Cassini sugieren que la superficie del norte de Titán es diferente del resto de la luna. Así que esta característica puede ser una pista que ayude a los científicos a explicar por qué los lagos y mares se concentran en el norte de Titán.

No es ninguna sorpresa que la región del Polo Norte de Titán esté cubierta por una gran cantidad de lagos y de mares de metano líquido – que fueron fotografiados varias veces por Cassini durante sus 10 años en órbita alrededor de Saturno. Lo sorprendente es el hecho de que hasta ahora las superficies de estos lagos parecían increíblemente lisas.

Uno podría pensar que extensiones tan grandes de superficies líquidas – algunos de los mares de Titán son igual de grandes que los Grandes Lagos de Norte América- presentarían por lo menos un poco de acción en sus superficies, en un mundo con una atmósfera tan densa como la de Titán. 

Pero las continuas imágenes de radar han mostrado que sus superficies son iguales de lisas que la pintura de un coche. 

Durante los últimos años, los científicos se han quedado perplejos ante tal anomalía, pero ahora podrían haber hallado la solución- esto es,¡ la luz reflejada sobre lo que podría ser olas en Titán!

Utilizando los datos adquiridos durante los sobrevuelos de Titán en los años 2012 y 2013, el científico planetario Jason Barnes de la Universidad de Idaho y algunos grupos de investigadores de muchas otras instituciones, incluyendo: JPL, Cornell, y MIT, han identificado lo que podrían ser olas en la superficie de Punga Mare, uno de los lagos más grandes de Titán.

Para hacerse una idea de la escala, el Lago Victoria, el más grande de África, cabría en sentido longitudinal a través del lago Punga Mare de Titán que mide unos 380 km (236 millas) de longitud.

Las variaciones de los extraños reflejos observados en la superficie de Punga Mare por el VIMS (Visible and Infrared Mapping Spectrometer) de Cassini, han sido interpretados como olas – o, para ser más precisos, como pequeñas ondas, puesto que se estima que sólo miden 2 cm de alto.

Aun así, basándose en todo lo que se ha observado en Titán hasta el día de hoy, esto es bastante agitado.
Si las observaciones de Cassini interpretadas por Barnes y otros son indicios de olas en Punga Mare, podrían también explicar las inusuales variaciones que se habían detectado previamente en otros cuerpos líquidos, como el pequeño Kivu Lacus (imagen de abajo).
Si este descubrimiento es correcto, representaría las primeras olas conocidas fuera de la Tierra.
– Jason W. Barnes y otros
Sin embargo, la acción de las olas podría no ser la única respuesta. Variaciones similares en los reflejos podrían ser causadas por una superficie húmeda- como un lodo de metano. Son necesarias más observaciones para descartar otras posibilidades y para obtener una predicción de olas más precisas en Titán.


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