Titán (astronomía)

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Titán
( Saturno VI)
Titán en color verdadero.jpg
Satélite de Saturno
Descubrimiento 25 de marzo de 1655
Descubridor Christiaan Huygens
Parámetros orbitales
(en el momento J2000.0 )
Semieje mayor 1 221 830 km [1]
Periodo orbital 15,945421 días [1]
Respeto a la inclinación
en equat. de Saturno
0.34854 °
Excentricidad 0.0292 [1]
Datos físicos
Diámetro medio 5150 km [1]
Superficie 8,3 × 10 13
Masa
1.345 × 10 23 kg [1]
Densidad media 1,88 × 10 3 kg / m³ [1]
Aceleración de gravedad en la superficie 1,35 m / s²
(0,14 g)
Velocidad de escape 2630 m / s
Período de rotación Rotación sincrónica
Inclinación axial 0 °
Temperatura
superficial
94 K (−179,2 ° C ) (promedio)
Presión atm 146 700 Pa
Albedo 0,22 [1]
Datos de observación
Aplicación Magnitude. 8.4 [2]
Diámetro
aparente
0.8 " (promedio)

Titán es el satélite natural más grande del planeta Saturno y uno de los cuerpos rocosos más masivos de todo el sistema solar ; supera en tamaño (pero no en masa) al planeta Mercurio, mientras que en tamaño y masa es el segundo satélite del sistema solar después de Ganímedes . Descubierta por el astrónomo holandés Christiaan Huygens el 25 de marzo de 1655, en ese momento Titán fue la primera luna observada alrededor de Saturno y la quinta en todo el sistema solar [3] . También es el único satélite del sistema solar con una atmósfera densa [4] .

Titán se compone principalmente de hielo de agua y material rocoso. Su densa atmósfera impidió la observación de la superficie, hasta la llegada de la misión espacial Cassini-Huygens en 2004, que permitió llegar a la superficie con un vehículo de aterrizaje . [5] . La exploración Cassini-Huygens condujo al descubrimiento de lagos de hidrocarburos líquidos en las regiones polares del satélite. Geológicamente la superficie es joven; hay algunas montañas y posibles criovolcanes , pero generalmente es plano y liso con pocos cráteres de impacto observados [6] [7] .

La atmósfera de Titán es 95% de nitrógeno [4] ; también hay componentes menores como el metano y el etano , que se espesan formando nubes [8] . La temperatura superficial promedio está muy cerca del punto triple del metano donde pueden coexistir las formas líquida , sólida y gaseosa de este hidrocarburo. El clima, que incluye viento y lluvia de metano, ha creado características superficiales similares a las que se encuentran en la Tierra, como dunas, ríos, lagos y mares y, como la Tierra, presenta las estaciones [9] . Con sus líquidos y su atmósfera espesa, Titán se considera similar a la Tierra primordial, pero con una temperatura mucho más baja, donde el ciclo del metano reemplaza al ciclo hidrológico presente en nuestro planeta [10] [11] .

Observación

Titán no es visible a simple vista . Su magnitud aparente cuando se observa en oposición desde la Tierra alcanza +8,4 [2] , significativamente menos brillante que los satélites Medici de Júpiter , que con magnitudes alrededor de la quinta o incluso menores también podrían verse a simple vista, si no estuvieran bañados en la luz del planeta. Aunque Titán nunca se desvía más allá de una distancia angular de 77 segundos de arco de Saturno [12] , es fácilmente visible a través de pequeños telescopios (con un diámetro mayor que 5 cm ) o unos prismáticos especialmente potentes. El diámetro aparente de su disco es en promedio igual a 0,8 segundos de arco [13] ; por lo tanto, solo se puede resolver con grandes telescopios profesionales.

Historia de observaciones

Descubrimiento y denominación

Huygens descubrió Titán el 25 de marzo de 1655.

Titán fue descubierto el 25 de marzo de 1655 por el astrónomo holandés Christiaan Huygens con un telescopio refractor de 57 mm de diámetro y 310 mm de distancia focal. [3] Johannes Hevelius y Christopher Wren lo habían observado previamente, pero lo habían confundido con una estrella fija [14] . Fue el primer satélite natural identificado después de los satélites galileanos de Júpiter [3] .

Huygens simplemente lo llamó, en latín , Luna Saturni ("el satélite de Saturno"), por ejemplo en la obra De Saturni Luna observatio nova de 1656 . Cuando Giovanni Domenico Cassini descubrió más tarde cuatro nuevos satélites, quiso llamarlos Teti , Dione , Rea y Giapeto (conocidos colectivamente como satélites Lodicei ); la tradición de bautizar los nuevos cuerpos celestes descubiertos en órbita alrededor de Saturno continuó y Titán comenzó a ser designado, de uso común, como Saturno VI , porque aparentemente el sexto en orden de distancia del planeta [15] .

El nombre de Titán fue sugerido por primera vez por John Herschel (hijo del más famoso William Herschel ) en su publicación Resultados de las observaciones astronómicas realizadas en el Cabo de Buena Esperanza en 1847 . En consecuencia, comenzó la tradición de nombrar a los demás satélites de Saturno en honor a los titanes de la mitología griega o las hermanas y hermanos de Cronos [16] .

Del descubrimiento a la era espacial

Antes de la era espacial, no se registraron muchas observaciones de Titán. En 1907 el astrónomo español Josep Comas i Solà observó un oscurecimiento en el borde de Titán, la primera evidencia de que tenía atmósfera [17] . En 1944, Gerard P. Kuiper, utilizando una técnica espectroscópica, detectó la presencia de metano en la atmósfera [18] .

Misiones espaciales

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Exploración de Titán .

Primeras misiones

Thetis cuando pasa detrás de Titán de derecha a izquierda.

La primera nave espacial en visitar el sistema de Saturno fue la Pioneer 11 en 1979, que confirmó que Titán estaba demasiado frío para sostener la vida [19] . El Pioneer 11 transmitió las primeras imágenes de cerca de Saturno y Titán [20] , cuya calidad fue luego superada por las de las dos Voyager , que pasarían por el sistema en 1980 y 1981.

La trayectoria de la Voyager 1 , en particular, fue modificada para obtener un sobrevuelo cercano de Titán (evitando así que llegara a Plutón ), pero no estaba equipada con ningún instrumento capaz de ver a través de la densa atmósfera del satélite, circunstancia que fue no ha sido predicho. Solo muchos años después, las técnicas de manipulación intensiva de las imágenes tomadas a través del filtro naranja de la sonda hicieron posible obtener lo que son en efecto las primeras fotografías tomadas de la región brillante de Xanadu , considerada por los científicos como una meseta, y la llanura oscura. por Shangri-La [21] .

Cuando la Voyager 2 llegó al sistema de Saturno quedó claro que un posible cambio de trayectoria para favorecer un encuentro cercano con Titán habría impedido la continuación del viaje hacia Urano y Neptuno . Dados los malos resultados obtenidos por la sonda hermana, la NASA decidió renunciar a la posibilidad y la sonda no se utilizó activamente para un estudio intensivo de Titán.

Cassini-Huygens

La primera foto de la superficie de Titán, capturada por la sonda Huygens.

Incluso después de las misiones de las dos Voyager , la superficie de Titán siguió siendo esencialmente un misterio, como lo había sido en el siglo XVII para Giovanni Cassini y Christiaan Huygens .

La gran cantidad de datos que se conocen en el satélite se debe casi en su totalidad a la misión espacial italo - euro - estadounidense que lleva el nombre de los dos astrónomos del pasado, la Cassini-Huygens . La nave llegó a Saturno el 1 de julio de 2004 cuando comenzó a mapear la superficie de Titán utilizando instrumentos de radar . El primer sobrevuelo directo del satélite tuvo lugar el 26 de octubre de 2004 [22] a una distancia récord de apenas 1200 km de la atmósfera titánica . Los instrumentos de Cassini identificaron estructuras superficiales claras y oscuras que habrían sido invisibles para el ojo humano.

Huygens

El módulo de tierra de Huygens , desprovisto de motores, se dejó caer desde la sonda madre y se sumergió con éxito en la densa atmósfera de Titán el 14 de enero de 2005 , alcanzando su superficie después de un descenso de unas dos horas [23] . La sonda estaba equipada para flotar temporalmente en cualquier mar o lago cuya existencia se había especulado, pero aterrizó en un terreno aparentemente seco. Sin embargo, la consistencia era similar a la de la arena húmeda y se planteó la hipótesis de que el suelo podría rociarse periódicamente con flujos de líquido [24] . Cassini hizo el sobrevuelo más cercano el 21 de junio de 2010, pasando a 880 km de la superficie [25] . Las regiones donde se encontraron abundantes líquidos, en forma de lagos y mares, se concentraron principalmente cerca del polo norte [26] . La sonda Huygens aterrizó en la superficie de Titán el 14 de enero de 2005, no lejos de un área ahora llamada Adiri . La nave fotografió una meseta clara, formada principalmente por hielo, lechos de ríos oscuros, donde se cree que fluye metano líquido periódicamente, y llanuras, también oscuras, donde estos líquidos se acumulan en la meseta. Después de aterrizar, Huygens fotografió una llanura oscura cubierta de pequeñas rocas y piedras, formada por hielo de agua [27] . En la única foto tomada por Huygens, las dos rocas que aparecen justo debajo del centro de la imagen son más pequeñas de lo que parecen: la de la izquierda tiene 15 cm de diámetro y la del centro 4 cm, y miden unos 85 cm. desde el centro sonda. Las rocas muestran signos de erosión en la base, lo que sugiere una posible actividad fluvial. La superficie, más oscura de lo esperado, está formada por una mezcla de agua e hidrocarburos congelados. La neblina de hidrocarburos que domina el paisaje también es claramente visible. En marzo de 2007, la NASA , la ESA y el COSPAR decidieron nombrar el lugar de aterrizaje de la Hubert Curien Memorial Station, en memoria del ex presidente de la ESA [28] .

Además de las observaciones de teledetección (una cámara y un radar SAR), Huygens proporcionó una serie de grabaciones de los sonidos atmosféricos (en particular, el rugido del viento durante el aterrizaje) captados por la sonda durante su descenso [29] [30] . Las grabaciones de audio se realizaron en el laboratorio procesando los datos proporcionados por los micrófonos montados en la sonda ( Unidad de Sensor Acústico ) [31] .

Propuestas para futuras misiones

El globo propuesto para la misión Titan Saturn System .

Dado el interés suscitado en la comunidad científica desde los primeros resultados de la misión Cassini-Huygens , las principales agencias espaciales han evaluado diversas propuestas para posteriores misiones espaciales. En 2006, la NASA estudió una misión que involucró la exploración de los principales lagos de Titán a través de un módulo de aterrizaje flotante, durante un período de 3 a 6 meses, llamado Titan Mare Explorer . El lanzamiento se propuso para 2016, con llegada a Titán en 2023 [32] ; sin embargo, en 2012, la agencia espacial estadounidense prefirió favorecer una misión menos futurista como InSight , destinada al estudio de Marte . El proyecto de aterrizaje de agua en Titán se fusionó con la Misión del Sistema Titán Saturno [33] . La Misión del Sistema Titán Saturno (TSSM) se ha propuesto como una posible misión conjunta de la NASA y la ESA, dirigida a la exploración de Titán y Encelado [34] . La misión incluye un orbitador para el estudio de Titán y los otros cuerpos que componen el sistema de Saturno , un globo para el estudio de la atmósfera y la superficie de Titán y un módulo de aterrizaje acuático, TiME , para el estudio de los mares. Aunque en febrero de 2009 se dio prioridad a la Misión del Sistema Europa Júpiter , oficialmente el TSSM permanece en la carrera por una selección posterior de una misión con lanzamiento después de 2020 [35] .

En 2012 Jason Barnes, un científico de la Universidad de Idaho propuso otra misión, el Vehículo Aéreo para el Reconocimiento de Titán In-situ y Aerotransportado (AVIATR). El proyecto consiste en el vuelo en la atmósfera de Titán de un avión no tripulado o controlado por un dron, para capturar imágenes de alta definición de la superficie. Sin embargo, el proyecto, que se estimó en $ 715 millones, no fue aprobado por la NASA y su futuro sigue siendo incierto [36] [37] [38] .

La empresa privada española SENER y el Centro de Astrobiología de Madrid diseñaron otro módulo de aterrizaje acuático para la exploración de un lago en 2012. La sonda se denominó Explorador propulsado por muestreo in situ de Titan Lake (TALISE) y se diferencia de la propuesta de TiME principalmente porque estaría equipada con su propio sistema de propulsión que le permitiría moverse libremente, durante un período de 6 meses, a través del Ligeia. Yegua [39] [40] .

En 2015, el Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA financió, entre otros, un estudio para el diseño de un submarino para explorar los mares de Titán. [41] [42]

En 2019 finalmente se aprobó una nueva misión a Titán, que comenzará en 2026 y llegará en 2034. Se trata de la misión Dragonfly , un dron alimentado por un generador termoeléctrico con radioisótopos de plutonio 238, un sistema típico utilizado donde la energía solar es baja. El dron volará con agilidad aprovechando la baja gravedad y alta densidad de la atmósfera. La exploración partirá del cráter Selk y podrá expandirse a otras áreas gracias a la versatilidad del movimiento del robot. [43]

Parámetros orbitales y de rotación

La órbita de Titán (en rojo) entre las de las otras grandes lunas interiores de Saturno. De afuera hacia adentro, las otras órbitas son de Japeto , Hyperion (más externo que Titán), Rea , Dione , Teti , Encelado y Mimas.

Titán gira alrededor de Saturno en 15 días y 22 horas, en una órbita que tiene un semieje mayor que 1 221 870 km y una excentricidad de 0,028, por tanto relativamente baja, y una inclinación de 0,33 ° con respecto al plano ecuatorial de Saturno [1] . Como la Luna y muchos otros satélites gigantes gaseosos , su período orbital es idéntico a su período de rotación; Por lo tanto, Titán está en rotación sincrónica con Saturno.

Titán está en resonancia orbital 3: 4 con el pequeño e irregular Hyperion . A partir de un análisis basado en modelos teóricos, se considera improbable una evolución lenta y progresiva de la resonancia, durante la cual Hyperion habría migrado de una órbita caótica a la actual. Más bien, Hyperion probablemente se formó en un cinturón orbital estable mientras que Titán, más masivo, absorbió o ahuyentó los objetos que estaban en cinturones orbitales intrínsecamente inestables [44] .

Características físicas

Las dimensiones de Titán, abajo a la izquierda, comparadas con las de la Tierra y la Luna.

Titán tiene un diámetro de 5150 km , mayor que el de Mercurio ( 4 879 km ). Antes de la exploración de la sonda Voyager 1 , se creía que Titán era el satélite más grande del sistema solar, con un diámetro mayor que el de Ganímedes ( 5 262 km ). Sin embargo, las observaciones de la Tierra habían sobrestimado el tamaño real del cuerpo, debido a su atmósfera densa que lo hacía parecer más grande [45] .

La masa de Titán es 1,345 × 10 23 kg [1] , lo que equivale a 1/44 de la masa terrestre , 2,5 veces menos que la de Mercurio a pesar de que el planeta es más pequeño. También en términos de masa, Titán ocupa el segundo lugar entre los satélites naturales del sistema solar, ligeramente superado también en este caso por Ganímedes [46] .

Las propiedades físicas de Titán son similares a las de Ganímedes y Calisto [47] , y en base a su densidad, igual a 1,88 g / cm³, se puede suponer que el satélite probablemente esté formado la mitad por hielo y la otra mitad. de material rocoso . Titán, a pesar de tener una composición química muy similar a la de otros satélites naturales de Saturno como Dione , Encelado y especialmente Rea , tiene una mayor densidad debido a la compresión gravitacional .

Estructura interna

Estructura interna de Titán.

Su estructura interna probablemente está estratificada, con un núcleo rocoso con un diámetro de aproximadamente 3 400 km rodeados de capas compuestas por diferentes formas cristalinas de hielo [48] . El interior de Titán aún puede estar caliente y puede haber una capa líquida de agua y amoníaco ubicada entre el núcleo rocoso y la corteza de hielo. La nave espacial Cassini ha descubierto pruebas que respaldan esta hipótesis, en forma de ondas de radio ELS naturales, en la atmósfera de la luna. Se cree que la superficie de Titán es poco reflectante para las ondas ELS; por lo tanto, estos deben reflejarse mediante una superficie de separación entre una capa helada y una líquida en un océano presente debajo de la superficie [49] . Además, de la comparación entre las imágenes recolectadas en octubre de 2005 y mayo de 2007 , una traducción de la corteza es evidente, incluso por 30 km , debido a los vientos atmosféricos. Esto apoya la hipótesis de la presencia de una capa líquida dentro del satélite sobre la que flotaría la capa superficial de luz [50] .

Un mosaico de imágenes de la superficie de Titán tomadas por Cassini , filtrando la atmósfera.

Analizando los datos de la sonda Cassini, en 2014 algunos investigadores del Laboratorio de Propulsión a Chorro presentaron un modelo de la estructura interna de Titán: la capa exterior de Titán es rígida y la densidad en su interior sería relativamente alta para explicar los datos de gravedad encontrados. de la luna debe estar compuesto de agua mezclada con varias sales de azufre , sodio y potasio , haciendo que el océano sea comparable al de los lagos y mares más salados de la Tierra, como el Mar Muerto [51] [52] .

Superficie

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Superficie de Titán .
Una de las primeras imágenes de radar de Titán adquiridas por Cassini .

La superficie de Titán es compleja, fluida en algunas áreas y geológicamente joven [53] . Titán ha existido desde la formación del sistema solar , pero su superficie es mucho más joven, entre 100 millones y mil millones de años. [54] La atmósfera de Titán es dos veces más gruesa que la de la Tierra, lo que dificulta que los instrumentos astronómicos la fotografíen en el espectro de luz visible . [55] La nave espacial Cassini utilizó instrumentos infrarrojos , altimetría de radar y radar de apertura sintética (SAR) para mapear partes de Titán durante sus vuelos cercanos. Las primeras imágenes revelaron una geología diversificada, con algunas regiones lisas e irregulares, mientras que otras parecen ser de origen criovolcánico, probablemente resultado del agua mezclada con amoniaco que se escapa del subsuelo. También hay evidencia de que la corteza de hielo de Titán puede ser sustancialmente rígida, [56] lo que sugiere una escasa actividad geológica. [57] Otras características son regiones que exhiben rayas largas, algunas de las cuales se extienden por cientos de kilómetros, y la causa de las cuales pueden ser partículas transportadas por el viento. [58]

La misión Cassini descubrió que la superficie de Titán es relativamente lisa; las pocas formaciones que se asemejan a cráteres de impacto parecen haber sido llenas de lluvias de hidrocarburos o volcanes . La altimetría del radar sugiere que los cambios de altitud son típicamente del orden de 150 metros, sin embargo, algunas áreas alcanzan hasta 500 metros de altitud y las montañas más altas alcanzan hasta más de un kilómetro de altura [59]

Mapa de Titán obtenido a partir de varias imágenes de Cassini en 2015 que muestra la nomenclatura de las regiones más importantes de la superficie.

La superficie de Titán está marcada por vastas regiones de terreno claro y oscuro, incluida un área tan grande como Australia identificada por imágenes infrarrojas del Telescopio Espacial Hubble y la nave espacial Cassini . Esta región se llamó Xanadu y es relativamente alta. [60] Hay otras áreas oscuras en Titán observadas desde el suelo y la sonda Cassini , incluida Ligeia Mare , el segundo mar más grande de Titán, compuesto de metano casi completamente puro [61]

Además, Cassini observó variaciones en la superficie consistentes con las erupciones de criovolcanes . A diferencia de los volcanes activos en la Tierra , los volcanes de Titán presumiblemente hacen erupción de agua , amoníaco (que tampoco podría estar presente en la superficie, cuya identificación aún es dudosa) y metano en la atmósfera , donde se congelan rápidamente y vuelven a caer al suelo. Una alternativa a esta hipótesis es que las variaciones de la superficie se derivan del desplazamiento de los escombros después de las lluvias de hidrocarburos [62] [63] .

Lagos

Icono de lupa mgx2.svg El mismo tema en detalle: Titan Lakes .
Imagen de la superficie de Titán recibida por la nave espacial Cassini .

La hipótesis de la existencia en Titán de lagos y mares de metano ya se sugirió en el momento de los datos recibidos por la Voyager 1 y 2 sobre la atmósfera, su composición, densidad y temperatura, y una mayor confirmación de la presencia de metano en el estado. El líquido llegó en 1995, con observaciones de radar desde el suelo y desde el Telescopio Espacial Hubble . [64] La confirmación definitiva se obtuvo con el análisis de los datos recopilados por la sonda Cassini : inicialmente no había evidencia cierta de los primeros datos, sin embargo en junio de 2005, en el Polo Sur, el primer lago potencial en una zona muy oscura. Fue identificado, posteriormente llamado Ontario Lacus , probablemente creado por la precipitación de las nubes de metano. [65] A partir de los datos del sobrevuelo del 22 de julio de 2006, Cassini tomó imágenes en las latitudes norte del satélite, en las que se destacaron grandes áreas lisas que puntúan la superficie cerca del polo. [66] Sobre la base de estas observaciones, en enero de 2007 se confirmó la existencia de lagos llenos de metano en la superficie de Titán.[67] Los lagos de Titán se convirtieron así en las primeras extensiones líquidas estables descubiertas fuera de la Tierra. Algunos de ellos están ubicados en depresiones topográficas y parecen tener canales asociados y conectados con ellos.[67]

El descubrimiento confirmó la teoría de que en el satélite de Saturno existe un ciclo hidrológico basado en metano similar al terrestre basado en el agua . De hecho, se han encontrado pistas consistentes de fenómenos de evaporación , lluvias y canales naturales excavados por fluidos. [68] [69]

En diciembre de 2009 , la NASA anunció oficialmente, después de tener conocimiento desde 2007 , la presencia de un lago de metano , bautizado Kraken Mare , de la extensión de 400 000 km² [70] . El lago no fue observado directamente por los científicos, pero su presencia fue detectada gracias a los datos procesados ​​por el espectrómetro infrarrojo presente en la sonda Cassini . El segundo gran lago cuya existencia se atestiguó fue el Ligeia Mare , estos dos fueron seguidos por muchos otros lagos más pequeños. De las imágenes tomadas por la nave espacial en diciembre de 2012, algunas muestran un valle que desemboca en el Kraken Mare, atravesado por un río de hidrocarburos de casi 400 km de longitud [71] .

Las primeras observaciones de radar sobre el Ontario Lacus tomadas entre 2009 y 2010 mostraron que se trataba de una extensión líquida superficial, con profundidades que alcanzaban un máximo entre 4 y 7 m, [72] por el contrario, las observaciones realizadas posteriormente en el Ligeia Mare. , cuyos datos se publicaron en 2014, mostrando una profundidad promedio de 20 a 40 m, y en varios lugares la profundidad máxima fue ciertamente superior a 200 m. [72]

En 2016, Cassini encontró la primera evidencia de canales de líquido en Titán, observando una serie de cañones profundos y empinados que desembocan en Ligeia Mare. Esta red de cañones, denominada Vid Flumina , tiene una profundidad de 240 a 570 metros y sus "riberas" tienen pendientes superiores a 40 °. Se cree que se formó a partir de un levantamiento de la corteza, como el Gran Cañón de la Tierra, o de un descenso del nivel del mar , o quizás una combinación de los dos. Esta erosión resaltada por las imágenes de Cassini sugiere que la presencia de flujos de líquido en esta región de Titán ha persistido durante miles de años. [73]

Cráteres

Imagen de radar de un cráter de impacto en Titán, de 139 km de diámetro [74] .

La nave espacial Cassini detectó pocos cráteres de impacto en la superficie de Titán, lo que indica que su superficie es relativamente joven. Entre los cráteres descubiertos, los más relevantes son el de Menrva , cuya cuenca anular tiene un diámetro de 400 km, [75] ; Sinlap , un cráter de fondo plano de 80 km de diámetro [76] ; y el cráter Ksa , de 30 de ancho, con un pico central y un fondo oscuro [77] . Cassini también ha identificado objetos circulares en la superficie que podrían estar relacionados con impactos, pero sus características hacen que su identificación sea incierta. Por ejemplo, un anillo de material transparente de 90 km de diámetro llamado Guabonito [78] podría ser un cráter parcialmente enterrado por sedimentos . Otras áreas similares se encuentran en las áreas oscuras Shangri-La y Aaru , y se han observado otros objetos circulares en algunas áreas de Xanadu durante el paso de Cassini el 30 de abril de 2006 [79].

Los modelos desarrollados antes de la misión Cassini sobre trayectorias y ángulos de colisión sugieren que, cuando el objeto impacta en la corteza de agua helada, una pequeña porción del material expulsado podría permanecer en estado líquido dentro del cráter durante varios siglos, una duración suficiente para la síntesis de vida. moléculas precursoras [80] . La atmósfera de Titán podría proteger parcialmente la superficie, reduciendo el número de impactos y consecuentemente los cráteres a la mitad. [81]

Crivulcanismo y montañas

Una imagen en falso color de Sotra Patera , un posible criovolcán, combinada con un mapa 3D basado en observaciones de radar, y que muestra picos de 1000 m de altura y un cráter de 1500 m de profundidad.

Titano potrebbe essere soggetto a fenomeni di criovulcanismo , tuttavia nessuna caratteristica superficiale ripresa dalla sonda Cassini può con assoluta certezza essere interpretata come criovulcano. Il rilevamento dell' argon-40 nell'atmosfera di Titano nel 2004 indicava la presenza di pennacchi di una miscela di liquidi composta da acqua e ammoniaca, [82] inoltre l'attività vulcanica di Titano spiegherebbe la presenza continua del metano in superficie, che difficilmente sarebbe duratura se non ci fosse un rifornimento di metano dall'interno del satellite. [83]

In uno studio di Moore e Pappalardo del 2008, viene suggerita l'ipotesi alternativa che in realtà l'interno di Titano possa essere completamente inattivo, con una spessa crosta di ghiaccio che ricopre un oceano di ammoniaca . Le caratteristiche superficiali che potrebbero far pensare a criovulcani sono, secondo gli autori di questo studio, riconducibili a fenomeni meteorologici, come a venti ea depositi ed erosioni causate da fiumi di liquidi, o anche alla perdita di massa. [84] La stessa Ganesa Macula , che inizialmente si pensava fosse un cratere vulcanico , da rilievi topografici ottenuti nel 2008 dalla Cassini da diverse angolazioni, pare sia una depressione o un cratere da impatto che ha subito una notevole erosione per fenomeni meteorologici. [85] [86]

Nel 2010 venne annunciata una probabile formazione criovulcanica, Sotra Patera, precedentemente nota come Sotra Facula e assomigliante ai farrum di Venere . Si tratta di una catena di almeno 3 montagne che arrivano a 1000-1500 metri d'altezza, e che sono sormontate da diversi crateri. Il terreno circostante le loro basi sembra ricoperto di "lava congelata". [87]

Le montagne più alte di Titano si trovano nei pressi dell' equatore ; si pensa che siano di origine tettonica , come sulla Terra, e la loro formazione potrebbe essere stata causata dalle forze mareali di Saturno. Nel 2016, il team della missione Cassini ha annunciato quella che ritengono essere la montagna più alta su Titano: situata nella Mithrim Montes , è alta 3 337 m . [88]

Zone equatoriali

Le dune del deserto del Namib sulla Terra (in alto), comparate con le dune in Belet su Titano

Nelle prime immagini della superficie di Titano prese dai telescopi terrestri nei primi anni 2000, furono scoperte ampie regioni di terreno scuro a cavallo dell'equatore. [89] Prima dell'arrivo della Cassini , si pensava che queste regioni fossero mari di idrocarburi liquidi. [90] Le immagini radar catturate dalla sonda spaziale hanno invece rivelato che alcune di queste regioni erano vaste pianure ricoperte da dune longitudinali, alte fino a 100 metri [91] , larghe circa un chilometro e lunghe da decine a centinaia di chilometri. [92] Solitamente dune di questo tipo sono sempre allineate con la direzione media del vento, tuttavia, nel caso di Titano, i venti costanti di superficie provenienti da est si combinano con venti di marea variabili (circa 0,5 metri al secondo), [93] causati dalle forze di maree esercitate da Saturno, che è 400 volte più intensa delle forze di marea della Luna sulla Terra e che tendono a guidare il vento verso l'equatore. Questo modello di vento in teoria causa l'accumulo graduale di granelli in superficie che formano lunghe dune parallele allineate da ovest a est. Le dune si interrompono nei pressi delle montagne, dove la direzione del vento varia.

Inizialmente si presumeva che le dune longitudinali fossero formate da venti moderatamente variabili che seguono una direzione media o si alternano tra due direzioni diverse. Osservazioni successive indicano invece che le dune puntano verso est sebbene le simulazioni climatiche indicano che i venti di superficie di Titano dovrebbero spirare verso ovest. A meno di 1 metro al secondo le brezze non sono abbastanza potenti da sollevare e trasportare il materiale di superficie, e le recenti simulazioni al computer indicano che le dune possono essere il risultato di rari venti di tempesta che avvengono solo ogni quindici anni, quando Titano si trova all' equinozio . [94] Queste tempeste producono forti correnti discendenti, che scorrono verso est fino a 10 metri al secondo quando raggiungono la superficie.

La " sabbia " su Titano non è probabilmente composta da piccoli granelli di silicati come la sabbia sulla Terra, [95] ma potrebbe essersi formata quando il metano liquido piovuto ha creato alluvioni improvvise, erodendo il substrato roccioso di ghiaccio d'acqua. Un'alternativa a questa teoria potrebbe essere che la sabbia provenga da solidi organici chiamati toline , prodotti da reazioni fotochimiche nell'atmosfera di Titano. [91] [93] [96] Gli studi sulla composizione delle dune nel maggio 2008 hanno rivelato che possedevano meno acqua rispetto al resto di Titano e quindi sono molto probabilmente derivati da fuliggine organica come i polimeri di idrocarburi che si aggregano insieme dopo essere piovuti sulla superficie. [97] I calcoli indicano che la sabbia su Titano ha una densità di un terzo rispetto alla sabbia terrestre. [98] La bassa densità combinata con l'aridità dell'atmosfera di Titano potrebbe causare il raggruppamento dei grani a causa dell' elettricità statica . I deboli venti di superficie su Titano, che spirano a meno di 5 km/h , non riescono a spostare la sabbia verso ovest che rimane quindi immobile, ma l'arrivo dei forti venti delle tempeste stagionali possono invece spostarla verso est. [99]

Durante l'equinozio di Titano, tra il 2009-2010, la sonda Cassini ha tre brillamenti nell'infrarosso di breve durata, le cui cause sono da attribuirsi a tempeste di polvere composta da particelle organiche solide di dimensioni micrometriche . Lo studio suggerisce che Titano sperimenta cicli attivi della polvere (come la Terra e Marte) che modificano nel corso del tempo le distese di dune equatoriali. [100]

Atmosfera

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Atmosfera di Titano .
Grafico che descrive la temperatura, la pressione ed altri aspetti dell'atmosfera e del clima di Titano. Gli strati di foschia nell'atmosfera abbassano la temperatura nelle zone più basse, mentre il metano alza la temperatura sulla superficie. I criovulcani eruttano metano nell'atmosfera, che ricade sulla superficie sotto forma di pioggia, formando dei laghi
Titano in falsi colori; sono visibili dettagli della sua superficie e dell'atmosfera.
Le foschie di Titano nell'ultravioletto.
Le nubi di Titano viste da Voyager 1 (1980).
Immagine in falsi colori del Voyager 1.
Nubi e strutture atmosferiche su Titano.

Titano è l'unico satellite naturale del sistema solare a possedere una consistente atmosfera , composta per il 95% circa da azoto , da un 5% di metano e tracce minime di altri gas [4] . Nella stratosfera l'azoto è presente al 98,4%, contro l'1,4% di metano [101] , il quale assieme all' etano costituisce il componente principale delle nubi. La sua scoperta risale al 1944 quando Gerard Kuiper , facendo uso di tecniche spettroscopiche , stimò la pressione parziale del metano in 10 kPa [18] . In seguito le osservazioni condotte da distanza ravvicinata nell'ambito del programma Voyager hanno permesso di determinare che l'atmosfera titaniana è quattro volte più densa di quella terrestre [102] , con una pressione alla superficie di circa il 50% maggiore, e il suo imponente spessore rende impossibile l'osservazione diretta della superficie [4] . A causa della minor gravità della luna, l'atmosfera di Titano si estende maggiormente al di sopra della superficie rispetto all'atmosfera terrestre, arrivando a 600 km di altezza sulla superficie e anche più, considerando che è stata rilevata la presenza di molecole complesse e ioni anche ad un'altezza di 950 km sopra la superficie [103] .

Le osservazioni compiute della sonda Cassini suggeriscono che l'atmosfera di Titano ruota più velocemente della sua superficie, così come avviene nel caso di Venere . La velocità dei venti su Titano è stata misurata dalla velocità delle nubi, in realtà poco presenti nell'atmosfera della luna. Tra una decina di nubi monitorate dalla sonda Cassini la velocità massima registrata è stata di 34 m/s , coerente coi modelli meteorologici previsti per Titano [104] .

Nel settembre 2013, è stato rilevato propilene nell'atmosfera di Titano, ed era la prima volta che questo idrocarburo veniva trovato in un'atmosfera che non fosse quella terrestre. Alchene peraltro usato largamente sulla Terra per produrre materiale plastico, la sua scoperta risolve anche una lacuna risalente al passaggio della sonda Voyager 1 , avvenuto nel 1980 [105] . La Voyager aveva rivelato la presenza di vari idrocarburi, prodotti dalla scissione del metano causati dalla radiazione solare, e aveva rilevato la presenza, oltre che del metano, dell' etano e del propano , tuttavia, non era rilevata traccia di propilene, molecola peraltro intermedia tra quelle più pesanti, come il propano, e quelle più leggere, come il propino [106] . Osservazioni [107] effettuate con il radiotelescopio ALMA hanno consentito di confermare la presenza in atmosfera di cianuro di vinile , un composto chimico organico le cui molecole, in particolari condizioni possono aggregarsi formando microscopiche strutture a bolla. [108]

Clima

Titano riceve solo l'1% della radiazione solare che riceve la Terra e la sua temperatura superficiale è di 94 K (−179.2 °C) [109] . Il metano presente nell'atmosfera crea un effetto serra senza il quale Titano sarebbe di 21 K più freddo. Tuttavia, esiste anche un effetto serra al contrario, creato dalla foschia ad alta quota, trasparente all'infrarosso ma che riflette la radiazione solare, e riduce la temperatura superficiale di 9 K. Sommando i due effetti risulta che la temperatura è 12 K maggiore della temperatura di equilibrio , cioè 94 K invece di 82 K [110] [111] .

Le nubi di Titano, probabilmente composte da metano, etano e altre sostanze organiche semplici, sono sparse e variabili nella foschia generale dell'atmosfera [112] . I risultati della sonda Huygens indicano che piovono periodicamente metano liquido e altri composti organici [113] .

Le nubi in genere coprono l'1% del disco di Titano, anche se sono stati osservati eventi in cui la copertura nuvolosa si espandeva rapidamente fino a coprire l'8% della superficie. Un'ipotesi afferma che le nubi si formino quando aumenta la radiazione solare che riscalda e solleva l'atmosfera, come avvenuto nelle regioni dell'emisfero meridionale, nel quale l'estate è durata fino al 2010 [114] .

Vita su Titano

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Vita su Titano .

L'attuale composizione atmosferica di Titano è ritenuta essere simile a quella della seconda atmosfera della Terra (quella che precedette e condusse allo sviluppo degli esseri viventi che rilasciarono l'ossigeno in atmosfera [115] ), sebbene non si possa stabilire una completa analogia perché Titano è molto lontano dal Sole e piuttosto freddo. La presenza nell'atmosfera di composti organici complessi lo rende oggetto di notevole interesse per gli esobiologi . L' esperimento di Miller-Urey ed altre prove in laboratorio dimostrano come si possano sviluppare, in un'atmosfera simile a quella di Titano ed in presenza di radiazione ultravioletta , molecole complesse come la tolina [116] .

Gli esperimenti suggeriscono che vi sia materiale organico sufficiente perché su Titano possa avvenire l'evoluzione chimica avvenuta sulla Terra. Perché questo avvenga, tuttavia, si presuppone che sia presente acqua liquida per periodi più lunghi di quelli attualmente osservati. Se la crosta di Titano si compone grandemente di ghiaccio d'acqua, è stato ipotizzato che un impatto ad alta velocità di un corpo celeste potrebbe comportare la formazione di un lago d'acqua che si manterrebbe liquida per centinaia d'anni, periodo sufficiente per la sintesi di molecole organiche complesse [117] . Inoltre, se l'interno della luna fosse completamente roccioso, le maree gravitazionali di Saturno avrebbero condotto alla formazione di rilievi di altezze piuttosto significative; viceversa, le rilevazioni della sonda Cassini indicano che questi raggiungono altezze piuttosto modeste. Ciò può essere giustificato dalla presenza di un oceano di acqua mista ad ammoniaca sotto la crosta e, sebbene vi si raggiungerebbero condizioni estreme per organismi terrestri, è stato comunque ipotizzato che possa ospitare organismi viventi [118] .

Potrebbero essersi evolute su Titano forme di vita che non hanno bisogno d'acqua liquida. Alcuni astrobiologi ritengono possibile infatti l'esistenza di forme di vita basate sul metano. Questa ipotesi è supportata da alcune recenti osservazioni: molecole di idrogeno scendono nell'atmosfera di Titano e scompaiono in superficie, sulla quale è stata altresì rivelata la mancanza di acetilene , composto che dovrebbe invece trovarvisi in abbondanza e che potrebbe essere la migliore fonte di energia per una vita a base di metano. Il ciclo degli idrocarburi imiterebbe dunque il ciclo dell'acqua sulla Terra ed eventuali organismi potrebbero utilizzare idrogeno e acetilene per produrre metano, senza necessità di acqua liquida [119] .

Come fatto notare dalla NASA in un articolo del giugno 2010: " Ad oggi le forme di vita basate sul metano sono solo ipotetiche, gli scienziati non hanno ancora rilevato questa forma di vita da nessuna parte ", anche se alcuni di essi credono che queste firme chimiche sostengano l'argomento per una forma di vita primitiva ed esotica o siano un precursore della vita sulla superficie di Titano. [120] Nel febbraio 2015 è stata modellata una ipotetica membrana cellulare in grado di funzionare in metano liquido con le stesse condizioni che avrebbe su Titano. Composto da piccole molecole di acrilonitrile contenenti carbonio, idrogeno e azoto, avrebbe la stessa stabilità e flessibilità delle membrane cellulari sulla Terra, che sono composte da fosfolipidi , composti di carbonio , idrogeno , ossigeno e fosforo . Questa ipotetica membrana cellulare è stata denominata "azotosome", una combinazione di " azote ", francese per azoto e " liposoma ". [121] [122]

Titano nella fantascienza

Magnifying glass icon mgx2.svg Lo stesso argomento in dettaglio: Titano nella fantascienza .

Circondato da una spessa atmosfera che ne rendeva invisibile e misteriosa la superficie, Titano è stato lo scenario di numerose opere letterarie fantascientifiche, spesso citato come sede di razze aliene o di avamposti terrestri. Dopo essere apparso per la prima volta nel racconto Flight on Titan dello scrittore statunitense Stanley G. Weinbaum nel 1935, celebri scrittori del genere lo hanno descritto in alcune loro opere, come Burroughs e Heinlein , che in Il terrore dalla sesta luna racconta di un'invasione della Terra da parte di alieni parassiti provenienti da Titano [123] . Nel romanzo del 1954 Trouble on Titan , di Alan E. Nourse e ambientata su Titano, l'atmosfera della luna composta da metano e ammoniaca viene usata come combustibile per aerei [124] .

Titano compare spesso anche nelle opere di Isaac Asimov : nel racconto La prima legge (1956), parte del Ciclo dei Robot , Titano è un avamposto terrestre, dove un robot fugge dalla base per assemblare un nuovo automa simile a lui [125] . In Lucky Starr e gli anelli di Saturno invece, i "Siriani", esseri umani provenienti dal sistema di Sirio e divenuti ostili al governo terrestre, per provocazione stabiliscono una base su Titano. Viene descritto anche Mimas come un mondo ghiacciato, sul quale Lucky Starr e Bigman Jones atterrano mentre inseguono una spia siriana. In Imperial Earth di Arthur C. Clarke , viene ancora utilizzata l'atmosfera come combustibile, in un'epoca dove su Titano vive una colonia di 250.000 persone [126] . L'argomento atmosfera titaniana è usato anche nella Trilogia di Marte : l'azoto di Titano serve infatti a terraformare Marte [127] .

In campo cinematografico e televisivo è scenario del film horror Creature , diretto da William Malone , dove è la sede di una base dove viene trovata una creatura aliena venuta da un'altra parte della Galassia. Titano è anche la meta sognata dal protagonista di Gattaca , film del 1997 scritto e diretto da Andrew Niccol , inoltre la luna saturniana appare anche in Star Trek - Il futuro ha inizio , quando l'astronave Enterprise , uscendo dalla curvatura , si nasconde dai romulani entrando nella bassa atmosfera di Titano. Anche se solamente citato, Titano è menzionato nel film Oblivion del 2013 come la meta degli umani che hanno lasciato una Terra post apocalittica e ormai invivibile [128] .

Nell'universo di Giudice Dredd Titano è la sede della colonia penale dove i giudici che si sono macchiati di reati scontano le loro condanne. [129]

Inoltre è uno dei pianeti visitabili e giocabili di Destiny 2

Nell'universo fittizio del gioco da tavolo di miniature Warhammer 40.000 , Titano è la sede del Monastero-fortezza del Capitolo di Space Marine noto come Cavalieri Grigi .

Nella serie tv Eureka , i protagonisti preparano un viaggio spaziale per recarsi su Titano.

In The Titan (film) del 2018 un soldato americano viene reclutato per un esperimento scientifico il cui scopo è trasformarlo in un essere in grado di sopravvivere su Titano.

Nell' Universo Marvel , Titano è rappresentata come la dimora degli Eterni e patria del titano pazzo Thanos .

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