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Huygens en Titán: resultados preliminares
Alberto González Fairén
Tal como preveían los modelos elaborados hace décadas, la sonda Huygens ha confirmado que Titán es un mundo complejo, envuelto por una densa atmósfera de nitrógeno, metano y etano, que se condensa ocasionalmente en nubes altas capaces de provocar precipitaciones. A principios del 2005, la sonda transmitió datos durante las dos horas y media que duró su descenso a través de la atmósfera, y por más de 70 minutos una vez en la superficie. Allí, teñida por el color anaranjado que genera el paso de la escasa radiación solar a través de la atmósfera, Huygens desveló un paisaje evolucionado compuesto por hidrocarburos formando cañones, cauces fluviales complejos y amplias explanadas; así como líneas de costa con playas y acantilados que demarcan posibles lagos o mares de material carbonoso fluido. Todo ello avala la hipótesis de que los requerimientos para la biosíntesis son posibles en Titán, aunque se debe descartar definitivamente cualquier paralelismo con la Tierra primitiva.
La atmósfera
La atmósfera de Titán está compuesta básicamente por nitrógeno, con un 3-4% de metano, y otros constituyentes menores producidos fotoquímicamente (etano, monóxido de carbono, dióxido de carbono, acetileno). Es opaca a partir de unos 20 km de altura y, en su parte superior, recibe el 1% de la radiación solar que llega a la Tierra, aunque la mayoría es reflejada por la cubierta de hidrocarburos. Las capas inferiores son mucho más claras, y en ellas sólo aparecen nubes de metano bajas abundantes alrededor del polo sur, mientras que en el resto del satélite son sólo ocasionales. Esto puede ser debido a que la humedad relativa de metano no supere el 30%, o a que no haya partículas en suspensión en la baja atmósfera capaces de servir de moldes de agregación para formar nubes. La temperatura en superficie es de unos -180ºC y, al contrario de lo que se pensaba antes de que Huygens descendiera por la atmósfera, los vientos parecen no ser muy violentos, posiblemente no superiores a los 25 km/h.

En numerosas ocasiones se ha propuesto que la atmósfera de Titán podría ser considerada como un excelente análogo de la atmósfera primitiva de la Tierra, al ser el nitrógeno su componente principal, como sucede en nuestro mundo actualmente. Pero tal comparación carece de fundamento: la atmósfera primitiva de la Tierra estaba compuesta principalmente por CO2 (igual que las de Venus y Marte), tal vez hasta 70 atmósferas, con 1 atmósfera de N2 y trazas de CH4 y otros gases. La diferente proporción de elementos en las atmósferas primigenias de Titán y la Tierra se explica fácilmente por la distribución de los materiales en la nebulosa protoplanetaria. Ha sido la evolución posterior de la Tierra la que ha propiciado el secuestro del CO2 en las rocas, dando como resultado un enriquecimiento relativo en N2 que, al ser inerte, no ha reaccionado con ningún otro elemento y permanece en su totalidad en nuestra atmósfera.
La superficie sólida
Titán es un mundo geológicamente activo, con erupciones de hielo de agua y amoníaco asociadas a actividad criovolcánica, como han evidenciado algunas imágenes de Huygens. Además, los datos de la sonda han confirmado que el argón-40, que resulta de la desintegración radiactiva del potasio en el interior planetario, está presente en la atmósfera de Titán, lo que refuerza la tesis de que el vulcanismo es una realidad en la superficie del satélite. Igualmente, la casi ausencia de cráteres de impacto sugiere que la superficie es extremadamente joven, posiblemente menos de 10 millones de años, lo que refuerza la idea de que se trata de un cuerpo muy activo.

En Titán, los suelos están compuestos por hielo de agua, hidrocarburos (metano, etano, acetileno y otros), amoníaco y tal vez clatratos de CH4 y CO2, igual que los pequeños guijarros de unos pocos centímetros de diámetro que siembran el paisaje (figura 1). Casi todos los guijarros están redondeados, posiblemente como resultado de un proceso de transporte fluvial; o tal vez sea el efecto erosivo de la propia atmósfera. Una tercera posibilidad incluiría procesos de evaporación o sublimación, aunque para que este mecanismo fuera eficiente, sería necesario que los guijarros tuvieran edades de millones de años, ya que el hielo de agua es muy poco soluble en solventes orgánicos o hidrocarburos.
Titán en color real
  Figura 1: Imagen de la superficie de Titán, coloreada después de procesar y añadir los datos espectrales de Huygens, de forma que los tonos se ajustan al color real del satélite. Muestra un terreno sembrado de pequeños guijarros de entre 5 y 20 centímetros de longitud, con evidentes huellas de alteración fluvial. (ESA/NASA/JPL/Universidad de Arizona)
El lugar de descenso de la sonda fue analizado con un pequeño perforador, para estudiar la consistencia del terreno. Como resultado, sabemos que Huygens se posó sobre una fina capa endurecida de no más de un centímetro de espesor, que recubre una superficie blanda de textura similar al barro, que se extiende en profundidad al menos hasta los 15 centímetros que analizó el perforador.
Líquidos en la superficie
Una suave neblina de metano deposita sobre la superficie compuestos agregados fotoquímicamente, que son eliminados por la ocasional lluvia de hidrocarburos. Esta lluvia lava el terreno, que por ese motivo en algunas zonas es extremadamente claro y brillante. Asumiendo que tales fluidos sean arrastrados hasta lagos o mares, con el tiempo se debe producir una secuencia evaporítica para completar el ciclo. Un residuo en forma de barro orgánico queda en los cauces fluviales cuando están secos, de manera análoga a las sales que se depositan en las cuencas evaporíticas de la Tierra. Por eso la superficie emergida de Titán es clara y los cañones fluviales oscuros. Igualmente, los lagos o mares son totalmente planos y oscuros, al estar formados por densas y profundas capas de hidrocarburos. Las morfologías costeras (figura 2) pueden haberse generado por disolución química o por erosión mecánica; si bien la presencia de islas en barrera (figura 3) refuerza la segunda posibilidad.
Titán
Figura 2: Vista del lugar de descenso de Huygens obtenida a 8 km de altura. Se aprecian jirones de neblina blanquecina de metano (derecha), así como una bien definida línea de costa (izquierda) separando la superficie sólida más clara de los mares de hidrocarburos. (ESA/NASA/JPL/Universidad de Arizona)
Titán
Figura 3: Fotografía de la sonda Huygens de una compleja red fluvial costera. Se aprecia como una divisoria de aguas separa los cauces fluviales, de tal modo que unos son cortos y desembocan directamente hacia el sur de la imagen en el mar, mientras que otros se extienden sobre mayor longitud formando una red compleja que desemboca más al este de la imagen.
(Mike Zawistowski/ESA/NASA/Universidad de Arizona)
Descifrar la densidad de los depósitos líquidos ofrecerá muchas claves acerca de la posible evolución geológica y biológica en Titán. Algunas de las áreas oscuras que asemejan lagos o mares contienen material líquido o semilíquido (figura 4); otros, sólo el residuo carbonoso de fluidos existentes en el pasado. En cualquier caso, lo que parece definitivo es que, en algún momento, grandes cantidades de hidrocarburos han formado ríos y mares sobre la superficie de Titán. Igualmente, en este momento los ríos parecen secos, sólo queda el residuo carbonoso tiñendo los lechos fluviales, pero en algún momento corrió líquido por ellos; tal vez hace sólo unas pocas semanas, edad en la que los datos de Huygens permiten datar las últimas lluvias. Posiblemente, las lluvias fueron abundantes en el lugar de descenso de Huygens hace 7 años terrestres, cuando la zona atravesaba el equinoccio otoñal. Todo lo anterior sugiere una posible estacionalidad, con intensa evaporación y ríos y mares secos o semisecos en verano, lluvias importantes y reactivación de los cauces fluviales en otoño, suelos continentales agregados en materiales viscosos congelados del tipo del permafrost en invierno (como en el lugar de descenso de Huygens), y descongelación y precipitaciones en primavera. No obstante, una interpretación alternativa podría sugerir la fusión estacional de depósitos subterráneos como mecanismo de reactivación de los cauces fluviales, sin necesidad de disponer de un ciclo atmosférico completo. Si bien es cierto que ambos mecanismos podrían coexistir en Titán.
Lagos en Titán
  Figura 4: Lagos en Titán. (ESA) Click para ampliar
Biología en Titán
Los tres estados de agregación de la materia están presentes en el material carbonoso que cubre la superficie de Titán, así como mecanismos de transporte entre ellos: evaporación, nubes, lluvia y ríos/mares. Por lo tanto, es un lugar idóneo para el desarrollo de reacciones capaces de rendir moléculas orgánicas complejas. De hecho, algunas tienen efectivamente lugar, combinando nitrógeno y metano, de forma análoga a como se ha postulado que debió suceder en los tiempos previos al origen de la vida en la Tierra.

Pero, de igual forma que no se puede considerar a Titán un mundo análogo a la Tierra primitiva en cuanto a la composición atmosférica, tampoco este sencillo paralelismo químico debe conducir a la suposición de que las reacciones orgánicas en Titán pueden ser consideradas idénticas a las que acontecieron en nuestro mundo. Los compuestos de partida, y sobre todo sus proporciones, no son en absoluto similares, y además en Titán los procesos termodinámicos han de ser extraordinariamente más lentos. Si se puede proponer algún tipo de reacciones orgánicas, ha de ser totalmente diferente.

La disociación del N2 y la fotólisis del CH4 en la alta atmósfera (por encima de los 500 km) proveen la base para la mayoría de las reacciones orgánicas en Titán. Como la superficie apenas recibe radiación solar, la energía química debe ser la fuente principal para conseguir procesos fuera del equilibrio, como son los biológicos. Algunos componentes (CO2, NO3-, SO42-, Fe3+) podrían actuar como aceptores de electrones, y otros como dadores de electrones (CH4, CO, H2, Fe2+, material orgánico, pirita), estableciendo la base para el desarrollo de comunidades quimioautotróficas en los océanos de hidrocarburos.
Algunas cuestiones pendientes
Como sucede siempre después de cada misión de exploración planetaria, el catálogo de nuevas preguntas surgidas de los datos recogidos supera con creces al puñado de respuestas obtenidas. Así, por ejemplo, queda por resolver cómo es posible que la lluvia de hidrocarburos sea capaz de erosionar el hielo de agua e hidrocarburos, altamente insoluble, para formar los canales.

De igual forma, es una incógnita porqué Titán tiene atmósfera y el resto de grandes satélites del Sistema Solar exterior carecen de ella. Sería preciso estudiar la cantidad de gases nobles en la atmósfera y sus abundancias relativas: como son pesados, escapan con dificultad del planeta; y como son inertes, no reaccionan químicamente con otros elementos. Por tanto, sirven para conocer cómo era la atmósfera cuando se formó, y así saber qué volátiles provienen de la desgasificación del planeta y cuáles son producto del aporte externo. De esta forma, se podría intuir porqué Titán conservó su atmósfera, mientras que otros cuerpos de similar tamaño, densidad y temperatura, no. El problema es que no hay xenón ni kriptón al nivel de detección de Huygens, lo que implica que su concentración es mil veces menor que en la Tierra. Conocer el porqué dará pistas sobre la evolución de Titán.

Tampoco está claro el papel del metano en la atmósfera, ni si realmente llega a formar mares o lagos. En cualquier caso, sabemos que el metano de la atmósfera de Titán es muy joven: su vida media allí es de 10-20 millones de años, como resultado de reacciones fotoquímicas. La huella isotópica, además, ha revelado que apenas se ha perdido carbono, mientras que el escape de oxígeno y nitrógeno sí ha sido importante. Además, los compuestos orgánicos se forman cuando la escasa radiación solar destruye el metano; pero si este proceso es efectivo, y la atmósfera mantiene cantidades importantes del gas, ¿cuál es el proceso de aporte de metano a la atmósfera? ¿Es suministrado por vulcanismo desde el interior del planeta? ¿O se debe considerar la presencia de organismos metanógenos similares a los terrestres?

La próxima misión a Titán seguramente incorporará la posibilidad de volar alrededor del satélite para tomar muestras de la atmósfera, y después descender a la superficie para continuar el excelente trabajo de Huygens.
 
 
San Francisco (California), EEUU, 19 de Enero de 2007.
 
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