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Mareas en Titán y avalanchas de hielo
en Japeto

Alberto González Fairén
Titán y Japeto son la mayor y la tercera mayor lunas de Saturno, respectivamente. La sonda Cassini está identificando procesos geológicos en ellas que son muy familiares en Tierra.
itán es el único satélite del Sistema Solar con una atmósfera densa, y el único cuerpo (aparte de la Tierra) con líquidos estables sobre su superficie. La hipótesis de la existencia de un océano bajo de la superficie de Titán tiene ya algunas décadas. Recientemente, los datos de la sonda Cassini (Figura 1) han venido a confirmar los antiguos modelos. El equipo dirigido por Luciano Iess, de la Universidad La Sapienza de Roma, publicó en Junio resultados que avalan la existencia de un océano de agua líquida a unos 100 kilómetros bajo la superficie de Titán (Figura 2). Los resultados de Iess y sus colaboradores han confirmado que la influencia de la gravedad de Saturno deforma Titán. Es un fenómeno similar al que sucede en la Tierra por la influencia gravitacional del Sol y la Luna, que genera mareas en los océanos de nuestro planeta. Cuanto más susceptible a la deformación sea el interior de Titán, más se deformará bajo la influencia mareal de Saturno. Y cuanto más se deforme el satélite, más se distorsionará su campo gravitatorio, ya que éste depende de la forma en la que se distribuye la masa de Titán.
Representación artística de la sonda Cassini
Figura 1: Representación artística de la sonda Cassini en órbita de Saturno, cerca de Titán. (NASA)
La estructura interna de Titán
Figura 2: La estructura interna de Titán.
(A. Tavani/Sapienza Univ.)
Por lo tanto, el problema de entender el estado físico del interior de Titán se reduce a hacer un mapa de su campo gravitatorio en diferentes puntos de su órbita. Un mapa con estas características se puede obtener estudiando el efecto Doppler. La sonda Cassini ha efectuado seis mediciones de la velocidad de Titán, en otros tantos encuentros con el satélite durante sus órbitas alrededor de Saturno, y ha confirmado (con una precisión de 10 micrometros por segundo) que la velocidad de Titán varía a lo largo de su órbita. A partir de estas variaciones de velocidad, el equipo de Iess ha calculado el campo gravitatorio de Titán, lo que les ha permitido hacer un modelo del interior del satélite. Sus resultados sugieren que el interior de Titán presenta una flexibilidad solo explicable por la presencia de una capa de agua líquida de unos 200 km de espesor escondida bajo una capa de unos 100 km de hielo. Este océano interior estaría sometido a mareas de algún modo similares a las que suceden en los océanos de la superficie de la Tierra. Sin embargo, la vida sería muy poco probable en este mar escondido: el fondo del océano de Titán sería una nueva capa de hielo, muy diferente al fondo del océano subsuperficial de Europa, donde se supone que existen fuentes hidrotermales inyectando compuestos orgánicos y nutrientes en la masa de agua líquida. El océano interno de Titán sería un desierto líquido, oscuro y extremadamente frío.

Por otra parte, el equipo de Kelsi Singer, de la Washington University en St. Louis, ha analizado las avalanchas de hielo que tienen lugar sobre la superficie helada de Japeto. En cualquier superficie planetaria, las avalanchas de hielo encuentran limitado su desplazamiento horizontal por la fricción que restringe el deslizamiento de las rocas. Sin embargo, algunas avalanchas de hielo viajan mucho más lejos de lo que se esperaría, y exhiben coeficientes de fricción con valores mucho más bajos de los que se aceptan generalmente para los materiales geológicos. Se denominan avalanchas de largo recorrido, y se han descrito tanto en la Tierra como en Marte, Venus y los satélites helados del sistema Solar exterior. Se conocen diversos factores que reducen temporalmente la fricción en estas avalanchas de largo recorrido, incluyendo la lubricación por agua o aire, la presurización termal, la fluidificación acústica y el efecto del calor. Sin embargo, las avalanchas de largo recorrido identificadas en satélites helados y sin atmósfera, como Japeto, no parecen fácilmente explicables mediante las hipótesis tradicionales. Afortunadamente, Japeto exhibe una frecuencia de avalanchas sobre su superficie comparable a las de la Tierra o Marte, incluyendo avalanchas de largo recorrido. Esto es debido a los acusados relieves topográficos que presenta esta luna en relación con su pequeño tamaño, y a que su superficie es muy antigua: hay muchas pendientes inestables que son susceptibles de colapsar (Figura 3). Por lo tanto, Japeto es un laboratorio perfecto para el estudio de avalanchas.
La superficie de Japeto
Figura 3: La superficie de Japeto. (NASA) Click para ampliar!
El grupo de Singer propuso en Julio de este año que es el propio calor producido por la fricción de los materiales helados que forman la avalancha el que determina la capacidad de traslación horizontal y la distancia final recorrida por las avalanchas que tienen lugar sobre Japeto. Las avalanchas se caracterizan por el ratio entre el desplazamiento vertical y el horizontal de los materiales (Figura 4). Este ratio ha sido bien evaluado en la Tierra y en Marte, y se ha establecido que el ratio altura-longitud disminuye al aumentar el volumen de los materiales que se desplazan, desde valores alrededor de 0.6 para masas pequeñas, hasta 0.07 para volúmenes superiores a 16 km3. Usando datos de la sonda Cassini y comparando los resultados con avalanchas de la Tierra y Marte, Singer y sus colaboradores determinaron que el ratio altura-longitud en las avalanchas de Japeto varía entre 0.1 y 0.3, es decir, entre los valores característicos de las avalanchas de barro submarinas en la Tierra y las avalanchas de rocas sobre la superficie de la Tierra o Marte. Estos valores no se pueden explicar aplicando los coeficientes de fricción conocidos para el hielo de agua, que predicen desplazamientos horizontales mucho más cortos sobre Japeto. Como sobre la superficie de Japeto no hay agua líquida ni atmósfera, el equipo de Singer propone que es el calor producido por la fricción de los componentes helados de la avalancha el que hace que las superficies por las que se desplazan las avalanchas sean más deslizables.

La comprensión de las avalanchas en Japeto puede ayudar a entender el origen de fenómenos similares, que son altamente destructivos, en la Tierra y en Marte. Por lo tanto, conocer los mecanismos de funcionamiento de las avalanchas puede ser una herramienta muy útil para la prevención y el control de los efectos desastrosos de las avalanchas, tanto en la Tierra hoy como en la futura exploración humana de Marte.
Avalancha en un cráter de impacto en Japeto
Figura 4: Avalancha en un cráter de impacto en Japeto, que ha recorrido una distancia superior (L) a la esperada por su altura de caída (H). (NASA/JPL/Space Science Institute) Click para ampliar!
 
 
San Francisco (California), EEUU, 03 de Agosto de 2012.
 
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