Astronomía

¿Qué hace que Titán, una luna, tenga una atmósfera más densa que la de Marte?

¿Qué hace que Titán, una luna, tenga una atmósfera más densa que la de Marte?


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Me pregunto sobre Marte y Titán. Si Marte es más grande que Titán, ¿cómo es que perdió la mayor parte de su atmósfera? Marte también tiene un campo magnético, mientras que Titán no. Sin embargo, la presión atmosférica de los titanes en la superficie es 1,5 veces mayor que la de la Tierra.

Pregunta: ¿Qué hace que Marte no tenga mucha atmósfera, pero Titán la tiene?


Marte y Titán difieren notablemente en distancia del Sol, composición y posiblemente actividad geológica.

Titán está aproximadamente 6,3 veces más alejado del Sol que Marte, lo que significa que Titán recibe aproximadamente 1/40 de radiación solar que Marte, con aproximadamente la misma reducción en el viento solar. El pequeño tamaño de Marte, junto con su proximidad mucho más cercana al Sol, permitió que el viento solar arrancara gran parte de la atmósfera de Marte. A pesar de las marcadas diferencias entre las atmósferas de Venus, la Tierra y Marte, se estima que las tasas de pérdida atmosférica (en términos de pérdida de masa por unidad de tiempo) de estos tres planetas son aproximadamente las mismas. Esta tasa representa una miseria para la atmósfera de Venus muy grande de Venus, una pequeña cantidad para la atmósfera algo grande de la Tierra, pero una tasa de pérdida proporcional enorme para Marte. Titán se salva hasta cierto punto.

La densidad media de Mar es de 3,93 g / cm3. Marte es un planeta terrestre. La densidad media de Titán es menos de la mitad, 1,88 g / cm.3. Titán es una luna helada: algo de roca, pero muchos volátiles. Hay mucho amoníaco mezclado con el hielo de agua (y posiblemente agua líquida en el fondo, si el núcleo de Titán está caliente). Algunos plantean la hipótesis de que Titán regenera su atmósfera mediante la liberación de amoníaco. La luz solar divide el amoníaco cerca de la parte superior de la atmósfera de Titán en hidrógeno y nitrógeno. Se escapa el hidrógeno, pero no el nitrógeno.

Finalmente, lo más probable es que Marte esté muerto geológicamente. Está cubierto de cráteres que pueden remontarse al Gran Bombardeo Tardío. Titán muestra algunos signos de ser algo activo, geológicamente. También tiene cráteres, pero no está tan cubierto de ellos como Marte. Sus montañas parecen ser más jóvenes, al menos según algunos. La actividad geológica puede ayudar a regenerar la atmósfera de Titán.


¿Qué hace que Titán, una luna, tenga una atmósfera más densa que la de Marte? - Astronomía

Marte perdió la mayor parte de su atmósfera hace mucho tiempo debido al viento solar debido a la falta de un campo electromagnético significativo. Titán de Saturno tiene una atmósfera más densa que la de la Tierra, pero Titán es un cuerpo más pequeño que Marte. ¿Por qué el viento solar no se ha llevado la atmósfera de Titán?

En términos generales, a la distancia de Saturno, la potencia electromagnética solar por unidad de área y el flujo de viento solar son lo suficientemente bajos como para que los elementos y compuestos volátiles en los planetas terrestres tienden a acumularse en las tres fases. La temperatura de la superficie de Titán también es bastante baja, alrededor de 90 K. Por lo tanto, las fracciones de masa de sustancias que pueden convertirse en constituyentes atmosféricos son mucho mayores en Titán que en la Tierra.

De hecho, las interpretaciones actuales sugieren que solo alrededor del 70% de la masa de Titán son silicatos, y el resto consiste principalmente en varios hielos de H2O y NH3-H2O (hidratos de amoníaco). El NH3, que puede ser la fuente original del N2 atmosférico de Titán, puede constituir hasta un 8% de la masa de NH3-H2O.

Gran parte de la atmósfera original parece haberse perdido a lo largo del tiempo geológico. Pero dado que Titán comenzó con un presupuesto volátil proporcionalmente mayor que la Tierra o Marte, la presión atmosférica en su superficie sigue siendo casi 1,5 veces mayor que la de la Tierra. Es posible que la mayor parte de la pérdida atmosférica estuviera dentro de los 50 Ma de acreción, debido a un escape altamente energético de átomos de luz que se llevan una gran parte de la atmósfera (evento de explosión hidrodinámica). Tal evento podría ser impulsado por los efectos de calentamiento y fotólisis de la mayor producción de fotones de rayos X y ultravioleta (XUV) del Sol temprano.

Realmente no sabemos por qué solo Titán tiene una atmósfera espesa, mientras que Ganímedes y Calisto, estructuralmente similares, no la tienen. Las temperaturas pueden haber sido demasiado altas (muy por encima

40K) en la subnebulosa joviana debido a la mayor liberación de energía potencial gravitacional, masa y proximidad al Sol, lo que reduce en gran medida el inventario de hidratos de NH3 acumulado por Calisto y Ganímedes. Las atmósferas de N2 resultantes pueden haber sido demasiado delgadas para sobrevivir a los efectos de la erosión atmosférica que ha resistido Titán.

Alternativamente, los impactos de cometas pueden liberar más energía en Calisto y Ganímedes que en Titán debido al mayor campo gravitacional de Júpiter. Las energías superiores podrían erosionar las atmósferas de Calisto y Ganímedes, mientras que el material cometario construiría la atmósfera de Titán. Sin embargo, las relaciones D / H sugieren que es poco probable que la entrada de cometas sea el principal contribuyente a la atmósfera de Titán.

Al igual que con Marte, el campo magnético interno de Titán es insignificante y quizás incluso inexistente. Además, la velocidad relativa entre el campo magnético de Saturno y Titán en realidad acelera las reacciones dentro de la atmósfera de Titán, en lugar de proteger la atmósfera del viento solar.

Si desea conocer la investigación subyacente y más detalles técnicos, los he publicado como una entrada coeditada en línea.

Esta página se actualizó por última vez el 18 de julio de 2015.

Sobre el Autor

Suniti Karunatillake

Después de aprender las cuerdas en física en Wabash College, IN, Suniti Karunatillake se inscribió en el Departamento de Física como candidata a doctorado en agosto de 2001. Sin embargo, la llamada de los planetas, inculcada en la infancia por los documentales de Carl Sagan y las novelas de Arthur C. Clarke , era demasiado fuerte para mantenerlo anclado allí. Suniti fue aprendiz de Steve Squyres para convertirse en un explorador planetario. Juega principalmente con datos del espectrómetro de rayos gamma Mars Odyssey y los vehículos de exploración de Marte para su proyecto de tesis sobre la geoquímica de la superficie marciana, pero a menudo se basa en la sinergia de numerosas misiones de sensores remotos y de superficie para darse cuenta de la historia de Marte. Ahora trabaja en Stonybrook.


& # 8216Extraña & # 8217 molécula en Titán & # 8217s atmósfera un & # 8216 realmente inesperado & # 8217 hallazgo para los astrónomos

GREENBELT, Maryland & # 8212 Cuando la gente piensa en la posibilidad de vida mucho más allá de las estrellas, probablemente piense en un planeta. Los investigadores de la NASA dicen que la vida no solo podría estar mucho más cerca de casa, sino que también podría estar sentada en una luna. Los astrónomos han encontrado una molécula en la atmósfera de Titán, la luna más grande de Saturno, que nunca antes se había descubierto dentro de una atmósfera. Para hacer que el hallazgo sea más emocionante, la NASA dice que esta molécula podría ser un componente básico para la vida en la lejana luna.

Utilizando un observatorio de radiotelescopio en el norte de Chile, los investigadores descubrieron ciclopropenilideno (C3H2) en las densas nubes de Titán. Además de ser difícil de pronunciar, la NASA dice que pocos químicos probablemente hayan oído hablar de esta molécula.

El C3H2, que consiste en carbono e hidrógeno, solo se ha encontrado en nubes de gas que flotan entre sistemas estelares hasta ahora. Normalmente, el ciclopropenilideno reacciona con otras moléculas con las que entra en contacto. Por eso, el frío vacío del espacio es uno de los únicos lugares en los que se han detectado moléculas fuera de Titán.

& # 8220Cuando me di cuenta de que estaba mirando ciclopropenilideno, mi primer pensamiento fue: & # 8216 Bueno, esto es realmente inesperado & # 8221, dice Conor Nixon del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en un comunicado de prensa.

¿Signos de vida en Titán?

Titán puede ser una de las 62 lunas que giran alrededor de Saturno, pero los astrónomos dicen que este satélite es único. Si bien nuestra luna es estéril, Titán tiene una atmósfera espesa que es cuatro veces más densa que la Tierra & # 8217s. También tiene nubes, lluvia, lagos, ríos y un océano subterráneo salado.

Los investigadores dicen que el descubrimiento de esta simple molécula basada en carbono aumenta la posibilidad de que la luna tenga o haya tenido alguna forma de vida. El estudio encuentra que el C3H2 puede ser un componente básico para compuestos más complejos que se alimentan o forman organismos.

& # 8220Titan es único en nuestro sistema solar, & # 8221 Nixon agrega. & # 8220Ha demostrado ser un tesoro de nuevas moléculas. & # 8221

El ciclopropenilideno detectado proviene principalmente de la atmósfera superior de Titán, que la NASA cree que es la razón por la que no ha interactuado con otras moléculas y se ha convertido en otra cosa. La mayor parte de la atmósfera de la Luna está compuesta de nitrógeno, al igual que la Tierra.

& # 8220Estamos tratando de averiguar si Titán es habitable & # 8221, dice Rosaly Lopes, investigadora científica senior y experta en Titán del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL). & # 8220Así que queremos saber qué compuestos de la atmósfera llegan a la superficie, y luego, si ese material puede atravesar la corteza de hielo hasta el océano, porque creemos que el océano es donde están las condiciones habitables. & # 8221

¿Qué hace que la molécula sea tan importante?

Los investigadores dicen que el ciclopropenilideno es una de las dos únicas moléculas & # 8220cíclicas & # 8221 (circuito cerrado) en la atmósfera de Titán que se han descubierto. Si bien no se sabe que forme parte de reacciones biológicas, las moléculas de circuito cerrado son vitales porque forman la columna vertebral del ADN y el ARN.

& # 8220 Es una pequeña molécula muy extraña, por lo que no será del tipo que se aprende en la química de la escuela secundaria o incluso en la química de pregrado & # 8221, explica el científico planetario del JPL Michael Malaska. & # 8220 Aquí en la Tierra, no será algo con lo que te vas a encontrar. Cada pequeña pieza y parte que puedas descubrir puede ayudarte a armar el enorme rompecabezas de todas las cosas que suceden allí. & # 8221


La superficie de Titán

Poco se sabía sobre la superficie de Titán antes de la misión Cassini-Huygens. Debido a que la neblina de la luna es parcialmente transparente a la luz del infrarrojo cercano, estudios telescópicos anteriores que explotaron esta propiedad pudieron demostrar que la superficie no es uniforme. Las imágenes tomadas en longitudes de onda del infrarrojo cercano por el Telescopio Espacial Hubble en 1994 revelaron una región brillante del tamaño de un continente, más tarde llamada Xanadu Regio, en la cara principal de Titán. Esta región también fue discernida de la Tierra y de la nave espacial Cassini en longitudes de onda de radar, que pueden penetrar la neblina.

Mientras la nave espacial Cassini orbitaba Saturno, realizó numerosas observaciones durante una serie de sobrevuelos cercanos a Titán que comenzaron a finales de 2004. El 14 de enero de 2005, la sonda de entrada Huygens se convirtió en la primera nave espacial en aterrizar en una superficie planetaria en el sistema solar exterior. realizando diversas mediciones físicas y químicas de la atmósfera de Titán y transmitiendo imágenes de alta resolución mientras descendía en paracaídas. La misión Cassini-Huygens reveló que la superficie de Titán es bastante joven para los estándares planetarios, con solo unos pocos cráteres de impacto grandes observados. La superficie está compuesta por tres tipos principales de terreno: regiones brillantes y rugosas que son similares a Xanadu Regio, regiones oscuras que son ricas en hielo de agua y regiones oscuras que están cubiertas por campos de dunas. La superficie está compuesta principalmente de hielo de agua, hidrocarburos y posiblemente hielo de metano y amoníaco. Existe evidencia de la reciente condensación de hielos en la superficie de Titán, quizás por procesos geológicos activos. Aunque Cassini no observó volcanes activos, se descubrieron accidentes geográficos que pueden ser volcanes de hielo.

La superficie de Titán, como la de la Tierra, está esculpida por el viento y probablemente también por la lluvia (en forma de metano líquido). Son comunes los canales “fluviales” cubiertos con depósitos de hidrocarburos oscuros, que a veces corren a lo largo de fallas y, a veces, con extensos sistemas tributarios. La temperatura y la presión de la superficie de Titán están cerca del punto triple del metano (la temperatura y la presión a las que una sustancia puede coexistir como un líquido, un sólido y un gas). Por lo tanto, el papel del metano en Titán puede ser similar al del agua en la Tierra, es decir, puede ser el principal agente detrás de los procesos de erosión.

Las regiones ecuatoriales y templadas de Titán tienen vastas áreas de dunas formadas por arena arrastrada por el viento rica en compuestos orgánicos. La nave espacial Cassini descubrió un extenso sistema de lagos llenos de hidrocarburos líquidos en la región del polo norte. En la región del polo sur se ha observado un lago más pequeño, Ontario Lacus, con una costa que se encoge. Se han observado reflejos del Sol en los lagos que confirman que están llenos de líquidos en lugar de hielo o arena.


Cambiando cráteres

Esa superficie es el sitio del otro hallazgo reciente sobre la extraña luna, que surgió cuando los investigadores estudiaron los datos de Cassini sobre nueve cráteres importantes en la superficie de Titán.

Primero, se dieron cuenta de que estos cráteres tenían dos sabores diferentes y que estaban separados geográficamente. Alrededor del ecuador de Titán, los cráteres se ubicaron en dunas y contenían exclusivamente material orgánico, luego se rociaron con arena. Al norte y al sur de esa región, se encontraron cráteres en las llanuras e incluían tanto hielo de agua como material orgánico que luego se mojaba con lluvia de metano, llevándose la arena que se había introducido en ellos.

"La parte más emocionante de nuestros resultados es que encontramos evidencia de la superficie dinámica de Titán escondida en los cráteres, lo que nos ha permitido inferir una de las historias más completas del escenario de evolución de la superficie de Titán hasta la fecha", Anezina Solomonidou, investigadora en la Agencia Espacial Europea y el autor principal del nuevo estudio, dijo en un Declaración de la NASA. "Nuestro análisis ofrece más evidencia de que Titán sigue siendo un mundo dinámico en la actualidad".

Entre los sitios que estudiaron los investigadores se encontraba uno llamado Selk, donde los científicos encontraron un cráter cubierto por material orgánico, sin señales de lluvia de metano. Pero Selk Crater tiene algo especial a su favor: Libélula ya está programado para visitar el cráter y explorarlo, lo que debería dar a los científicos una visión aún mejor de lo que está sucediendo en la superficie de Titán.

La investigación se describe en un papel publicado el 1 de septiembre en la revista Astronomy & amp Astrophysics.


Exploración de Titán

La Voyager 1 pasó por Titán en 1980. Sus cámaras no podían obtener imágenes claras de la superficie de Titán a través de la atmósfera. El telescopio espacial Hubble en 1994 tomó imágenes que encontraron un continente en la superficie de Titán.

Estructura interna de Titán. & copiar imágenes de la NASA

La NASA envió la sonda espacial Cassini a Saturno en 1997. Llegó en 2004. La Agencia Espacial Europea suministró la sonda Huygens que aterrizó en la superficie de Titán.


Las moléculas orgánicas en la atmósfera de Titán están intrigantemente sesgadas

Una imagen de ALMA de la distribución de la molécula orgánica HNC en la atmósfera superior de Titán, la luna de Saturno. Las concentraciones más densas y brillantes se muestran cerca de los polos norte y sur de la luna. Sus ubicaciones desplazadas y fuera del eje fueron inesperadas y podrían ayudar a los investigadores a comprender mejor los complejos procesos atmosféricos de Titán. El contorno del globo representa la orientación de Titán en el momento de las observaciones. Crédito: NRAO / AUI / NSF M. Cordiner et al./ NASA

(Phys.org) —Mientras estudiaban la atmósfera en Titán, la luna de Saturno, los científicos descubrieron zonas intrigantes de moléculas orgánicas que se alejaron inesperadamente de sus polos norte y sur. Estas características desalineadas parecen desafiar el pensamiento convencional sobre la atmósfera ventosa de Titán, que debería eliminar rápidamente tales concentraciones fuera del eje.

"Este es un descubrimiento inesperado y potencialmente innovador", dijo Martin Cordiner, un astroquímico que trabaja en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y autor principal de un estudio publicado en línea hoy en el Cartas de revistas astrofísicas. "Este tipo de variaciones de este a oeste nunca antes se habían visto en los gases atmosféricos de Titán. Explicar su origen nos presenta un nuevo problema fascinante".

Este descubrimiento, realizado durante una observación extraordinariamente breve de tres minutos "instantánea" con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), puede ayudar a los astrónomos a comprender mejor los procesos que dan forma a la compleja química de este mundo.

La atmósfera de Titán ha sido de interés durante mucho tiempo porque actúa como una fábrica química, utilizando energía del campo magnético del Sol y Saturno para producir una amplia gama de moléculas orgánicas. El estudio de esta compleja química puede proporcionar información sobre las propiedades de la atmósfera primitiva de la Tierra, que puede haber compartido muchas características químicas con el Titán actual.

Una imagen de ALMA de la distribución de la molécula orgánica HC3N en la atmósfera superior de Titán, la luna de Saturno. Las concentraciones más densas y brillantes se muestran cerca de los polos norte y sur de la luna. Sus ubicaciones desplazadas y fuera del eje fueron inesperadas y podrían ayudar a los investigadores a comprender mejor los complejos procesos atmosféricos de Titán. El contorno del globo representa la orientación de Titán en el momento de las observaciones. Crédito: NRAO / AUI / NSF M. Cordiner et al./ NASA

Los investigadores utilizaron la extrema sensibilidad y resolución de ALMA para rastrear las distribuciones atmosféricas de isocianuro de hidrógeno (HNC) y cianoacetileno (HC3N), que inicialmente parecían estar concentrados de manera uniforme sobre los polos norte y sur de Titán. Estos hallazgos fueron consistentes con las observaciones realizadas por la nave espacial Cassini de la NASA, que encontró altas concentraciones de algunos gases sobre cualquier polo que esté experimentando el invierno en Titán.

La sorpresa llegó cuando los investigadores compararon las concentraciones de gas en diferentes niveles en la atmósfera. En las altitudes más altas, las bolsas de moléculas orgánicas se alejaron de los polos. Estas concentraciones fuera de los polos son inesperadas porque los vientos de este a oeste que se mueven rápidamente en la atmósfera media de Titán deberían mezclar completamente las moléculas formadas allí.

Los investigadores aún no tienen una explicación obvia para estos hallazgos.

"Parece increíble que los mecanismos químicos puedan estar operando en escalas de tiempo lo suficientemente rápidas como para causar 'bolsillos' mejorados en las moléculas observadas", dijo Conor Nixon, científico planetario de Goddard y coautor del artículo. "Es de esperar que las moléculas se mezclen rápidamente en todo el mundo con los vientos de Titán".

Una imagen de ALMA de la distribución de la molécula orgánica HC3N en elevaciones intermedias a bajas en la atmósfera de Titán, la luna de Saturno. Las concentraciones más densas y brillantes se orientan de manera más uniforme alrededor de los polos de lo que se observa para el HC3N en elevaciones más altas. El contorno del globo representa la orientación de Titán en el momento de las observaciones. Crédito: NRAO / AUI / NSF M. Cordiner (NASA) et al.

Por el momento, los científicos están considerando los efectos térmicos u otros relacionados con la interacción con el poderoso campo magnético de Saturno, que se extiende lo suficiente como para envolver a Titán, como fuentes potenciales de esta concentración molecular sesgada. "Alternativamente, no creo que podamos descartar algún tipo de patrón peculiar de circulación atmosférica", especula Cordiner.

Esto marca la primera incursión de ALMA en los estudios atmosféricos de un cuerpo importante en nuestro Sistema Solar. Se espera que más observaciones mejoren nuestra comprensión de la atmósfera y los procesos en curso en Titán y otros objetos en todo nuestro Sistema Solar.

Titán es, en cierto modo, el cuerpo más parecido a la Tierra del Sistema Solar, con una atmósfera espesa y lagos, ríos y mares prominentes. Sin embargo, en lugar de agua, la superficie gélida de Titán fluye con moléculas orgánicas líquidas, que incluyen metano (CH4) y etano (C2H6).

"Estas observaciones de ALMA nos brindan nuevos conocimientos sobre cómo las moléculas orgánicas, los componentes básicos de la vida, se forman y evolucionan en un entorno similar a un planeta", dijo Anthony Remijan, astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía en Charlottesville, Virginia, y coautor. en el papel. "Es emocionante imaginar los nuevos descubrimientos que ALMA permitirá a medida que observemos más profundamente otros objetos interesantes en nuestro Sistema Solar".


¿Titan hornea su propia atmósfera? Se revela el origen de los gases misteriosos

Titán, la luna más grande de Saturno, es el único satélite del sistema solar que se sabe que tiene una atmósfera espesa. Estudiado en detalle por primera vez por la nave espacial Voyager 1 en 1980, el origen de la atmósfera de Titán ha desconcertado a los astrónomos durante décadas. Pero, una nueva investigación puede arrojar algo de luz sobre este atractivo misterio.

Un estudio reciente del Southwest Research Institute (SwRI) sugiere que las condiciones en Titán pueden hornear material orgánico que se encuentra en el interior del mundo, dando lugar a una atmósfera aún más densa que la que se encuentra en la Tierra. Como nuestra propia atmósfera, los gases que rodean a Titán son principalmente nitrógeno.

“Titán es una luna muy interesante porque tiene una atmósfera muy densa, lo que la hace única entre las lunas de nuestro sistema solar. También es el único cuerpo del sistema solar, además de la Tierra, que tiene grandes cantidades de líquido en la superficie. Titán, sin embargo, tiene hidrocarburos líquidos en lugar de agua. Sin duda, mucha química orgánica está sucediendo en Titán, por lo que es una fuente innegable de curiosidad ”, dijo Kelly Miller, científica investigadora de la División de Ingeniería y Ciencia Espacial de SwRI.

Una teoría anterior postulaba que los cometas colocaban amoníaco (compuesto de nitrógeno e hidrógeno) en la superficie de Titán. Allí, los procesos químicos descompondrían el amoníaco, liberando nitrógeno. Sin embargo, esta teoría ignora los efectos de los materiales orgánicos complejos, que ahora sabemos que son comunes en los cometas. La investigación del cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko por la nave espacial Rosetta reveló que el 25 por ciento de la masa de ese cuerpo eran materiales orgánicos.

Otra característica extraña de la atmósfera de Titán es que aproximadamente el cinco por ciento es metano. Este gas reaccionaría rápidamente con otros gases y caería al suelo como material orgánico. Entonces, eso plantea la pregunta de cómo se repone el metano en la atmósfera de Titán.

Este nuevo estudio de SwRI sugiere que los cometas y otros cuerpos pequeños pueden haber entregado grandes cantidades de material orgánico al interior más cálido de Titán. Allí, las condiciones físicas están cocinando lentamente el material, liberando metano y nitrógeno a la atmósfera.

Los materiales orgánicos no necesariamente se convierten en vida; el término simplemente se refiere a moléculas complejas ricas en carbono. Pero su presencia en Titán hace de ese mundo uno de los lugares más prometedores del Sistema Solar para buscar vida extraterrestre. Las agencias espaciales, incluida la NASA, están desarrollando planes para explorar esta luna gigante, utilizando drones, planeadores y submarinos.

"La atmósfera de Titán también contiene una serie de moléculas orgánicas más complejas, incluido el cianuro de vinilo ... En las condiciones adecuadas, como las que se encuentran en la superficie de Titán, el cianuro de vinilo puede fusionarse de forma natural en esferas microscópicas que se asemejan a las membranas celulares", anunció el Observatorio Nacional de Radioastronomía. en julio de 2017.

Titán tiene aproximadamente tres cuartas partes del tamaño de Marte, lo que lo convierte en el segundo satélite más grande del Sistema Solar. Solo Ganímedes, que orbita Júpiter, es más grande. En 1997, la NASA lanzó la misión Cassini-Huygens a Saturno, que llegó al planeta anillado en junio de 2004. El 14 de enero de 2005, la sonda Huygens se convirtió en la primera nave espacial que atravesó la atmósfera de Titán.

El análisis de las propiedades geotérmicas y químicas de los materiales en la atmósfera de Titán se publicó en The Astrophysical Journal.


Marte y Titán: dos mundos potencialmente habitables muy diferentes

Una vista procesada en falso color de características oscuras en las laderas de Marte & # 8217s Hale Crater, creada a partir de imágenes tomadas por la NASA & # 8217s Mars Reconnaissance Orbiter. Créditos de imagen: NASA / JPL-Caltech / Univ. de arizona

Marte y Saturno & # 8217s la luna Titán están a la vanguardia de la búsqueda de mundos habitables del sistema solar, pero son muy diferentes entre sí en términos de presencia de líquido, variaciones de temperatura y la presencia de compuestos orgánicos, científico planetario Vincent Chevrier de El Universidad de Arkansas anotado en un 12 de marzo seminario en línea.

Titulado & # 8220La búsqueda de condiciones habitables en el sistema solar, & # 8221 el seminario presentó una mirada en profundidad a dos mundos que están en el centro de la investigación de la NASA sobre habitabilidad.

A principios de la década de 2000, el lema de la NASA en términos de buscar la habitabilidad pasada y / o presente era & # 8220 seguir el agua & # 8221, explicó Chevrier. Los mapas de Marte se crearon identificando regiones específicas que mostraban signos de agua salada o salmuera en el pasado, y se tuvo cuidado de evitar cualquier contaminación de esos sitios por microbios que podrían haber viajado en módulos de aterrizaje y rovers.

Más recientemente, la búsqueda de la habitabilidad en otros mundos ha cambiado, con el nuevo enfoque en la formación y estabilidad de líquidos, la presencia de fuentes de energía y la existencia de materiales orgánicos, afirmó.

Profesor Vincent Chevrier de la Universidad de Arkansas. Crédito de la foto: Russell Cothren / Universidad de Arkansas

Nunca se ha visto agua corriente real en Marte. En cambio, los científicos buscan pistas de su existencia pasada en forma de características de flujo, como líneas de pendiente.

Los datos recopilados por varias misiones indicaron que las salmueras subterráneas solo podrían existir en las regiones ecuatoriales de Marte, mientras que las salmueras superficiales solo podrían existir en latitudes más altas.

La estabilidad de las salmueras en ambos lugares es cuestionable. Debido a que la región ecuatorial recibe más luz solar que otras áreas, las salmueras subterráneas a poca profundidad pueden evaporarse fácilmente. La baja presión superficial de Marte hace que el agua que se derrite se hierva inmediatamente.

& # 8220Sólo las salmueras de menor actividad son termodinámicamente estables en la superficie & # 8221 Chevrier. La estabilidad termodinámica significa que el agua líquida no hervirá, congelará ni derretirá.

Otra razón por la que las salmueras de la superficie no pueden permanecer estables por mucho tiempo es el hecho de que las temperaturas de Marte fluctúan enormemente de día a noche.

La formación de salmueras depende de la naturaleza y concentración del regolito marciano. NASA & # 8217s Fénix El módulo de aterrizaje, que estudió la región polar norte del Planeta Rojo, identificó una mezcla compleja de sales en su lugar de aterrizaje. Pero para que las mezclas de sales produzcan una cantidad significativa de salmuera, las sales deben separarse unas de otras.

& # 8220 Tenemos algunos indicios de que se podrían haber formado líquidos en la superficie de Marte, pero nunca es compatible con los requisitos de la vida. Este es un problema importante con Marte en la actualidad. & # 8221

A diferencia de Marte, se sabe que Titán tiene grandes cantidades de líquidos, aunque la mayoría son etano y metano. Titán no tiene las variaciones de temperatura de día a noche y estacionales que se encuentran en Marte. Mientras que la temperatura media de la superficie de Marte es de 220 grados Kelvin, la temperatura media de la superficie de Titán es de 90 grados Kelvin.

Ilustración generada por computadora que muestra el aterrizador de helicópteros Dragonfly de la NASA y # 8217s explorando la superficie de Titán. Créditos de imagen: NASA / JHU-APL

Como la Tierra, Titán tiene un ciclo hidrológico pero con etano y metano en lugar de agua. Sin embargo, se sabe poco sobre la forma en que funciona ese ciclo, las propiedades de los líquidos involucrados y si pueden ocurrir reacciones químicas dentro de ellos.

& # 8220 No tenemos idea de qué tipo de química esperar, & # 8221 y no está claro si podemos detectar cualquier química que esté ocurriendo debido a la distancia de Titán & # 8217 y la oscuridad de la atmósfera brumosa.

A diferencia de Marte, la luna grande es rica en compuestos orgánicos complejos, enfatizó Chevrier.

NASA & # 8217s Cassini orbiter, que estudió el sistema de Saturno durante más de 13 años, detectó metano líquido, nitrógeno etano y pequeñas cantidades de otros compuestos en Titán, junto con tormentas y lluvia, evaporación y aerosoles atmosféricos.

La interacción entre los rayos ultravioleta del Sol y el metano y etano de la superficie produce tolinas, compuestos orgánicos complejos que dan a la atmósfera de Titán su color naranja. La química prebiótica ocurre cuando estas tolinas se mezclan con agua, produciendo aminoácidos.

Los cocristales, o sólidos moleculares que se forman a temperaturas muy bajas y son estables solo a temperaturas por debajo de 150 grados Kelvin, se han producido en experimentos de laboratorio que simulan el entorno de Titán en términos de presión y temperatura. Estas & # 8220 indican que algunas reacciones químicas podrían ser posibles en la superficie de Titán & # 8217, & # 8221, pero serían & # 8220 una química completamente nueva & # 8221, dijo Chevrier.

Varios otros mundos del sistema solar tienen océanos subterráneos y, por lo tanto, también son candidatos para la habitabilidad. Estos incluyen el planeta enano Ceres, Júpiter y la luna Europa de Saturno, y Encelado, la luna de Saturno, señaló.

NASA & # 8217s Perseverancia rover, que aterrizó recientemente en Marte, y su Libélula La misión, que está programada para lanzarse en 2027 y realizar vuelos controlados sobre Titán en busca de química prebiótica, proporcionará nuevos datos cruciales sobre la habitabilidad de ambos mundos, enfatizó Chevrier.

Laurel Kornfeld

Laurel Kornfeld es una astrónoma aficionada y escritora independiente de Highland Park, Nueva Jersey, que disfruta escribiendo sobre astronomía y ciencia planetaria. Estudió periodismo en Douglass College, Rutgers University, y obtuvo un Certificado de Posgrado en Ciencias del programa Astronomy Online de Swinburne University. Sus escritos se han publicado en línea en The Atlantic, la sección de blogs invitados de la revista Astronomy, la Conferencia Espacial del Reino Unido, el periódico de la Asamblea General de la IAU de 2009, The Space Reporter y boletines de varios clubes de astronomía. Es miembro de Amateur Astronomers, Inc. con sede en Cranford, Nueva Jersey. Especialmente interesada en el sistema solar exterior, Laurel hizo una breve presentación en el Gran Debate del Planeta de 2008 que tuvo lugar en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins en Laurel, MD.


La NASA envía una libélula en una misión revolucionaria a la luna Titán de Saturno: este es el motivo

Dragonfly es una misión de aterrizaje de helicópteros, parte del programa New Frontiers # 8217 de la NASA, diseñada para aprovechar el entorno de Titán # 8217 para muestrear materiales y determinar la composición de la superficie en diferentes entornos geológicos. Este concepto de misión revolucionaria incluye la capacidad de explorar diversas ubicaciones para caracterizar la habitabilidad del entorno de Titán & # 8217, investigar cuánto ha progresado la química prebiótica e incluso buscar firmas químicas que podrían indicar vida basada en agua y / o hidrocarburos. . Crédito: Johns Hopkins APL

Titán, con sus mares de metano y smog naranja, es en cierto modo el mundo más similar a la Tierra que hemos encontrado. Aunque es simplemente una luna atada por la gravedad a su regente cósmico, Saturno, Titán tiene todas las trampas de un planeta, incluidas nubes, lluvia, lagos y ríos, e incluso un océano subterráneo de agua salada.

El astrónomo holandés Christiaan Huygens descubrió Titán en 1655, llamándolo simplemente "Luna Saturni" o la luna de Saturno. Más tarde fue rebautizado en honor a un grupo de deidades griegas mitológicas llamadas Titanes.

Estas tres vistas de Titán desde la nave espacial Cassini ilustran lo diferente que puede verse el mismo lugar en diferentes longitudes de onda de luz. Crédito: NASA / JPL / Space Science Institute

La verdadera naturaleza de la mayor de las lunas de Saturno era inescrutable hasta que la nave espacial Cassini de la NASA hizo 127 sobrevuelos cercanos a Titán durante 13 años explorando el sistema de Saturno. Cassini también lanzó una nave espacial de la Agencia Espacial Europea llamada Huygens a través de la atmósfera de Titán en 2005, levantando finalmente el velo de esta magnífica luna.

Ahora, la NASA se está preparando para enviar la nave espacial Dragonfly, similar a un dron, para profundizar en un mundo que se ha convertido en uno de los objetivos de exploración más importantes. Aquí hay cinco razones por las que Titán es tan atractivo:


Dragonfly es una misión de la NASA para explorar la química y habitabilidad de Saturno y la luna más grande # 8217, Titán. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

1) It’s the only moon in our solar system with a thick atmosphere

An atmosphere is an envelope of gas molecules that swaddles a celestial body. Here on Earth, our atmosphere protects us from the Sun’s radiation it also helps maintain and circulate heat and distribute gases that nourish life.

Moons have atmospheres too, but in all but one case they’re so thin they’re barely there. Among the solar system’s many moons, Titan’s atmosphere is … well, a titan. So thick and opaque is the moon’s atmosphere — four times denser than Earth’s — it obscured Titan’s true size for centuries. Indeed, Titan was considered the largest moon until Ganymede, about a third of Earth’s size and only 2% larger than Titan, snatched that record.

In 1944, Dutch-American astronomer Gerard Kuiper used a powerful new telescope to discover that Titan was wrapped in gas. But it wasn’t until Cassini dispatched the Huygens probe through Titan’s atmosphere that scientists finally saw in detail the surface of a world that had been shrouded in mystery for 350 years.

Titan’s dense atmosphere offers a key benefit to scientific exploration, especially combined with its low gravity (1/7th of Earth’s) and frigid temperatures (-290 Fahrenheit, -179 Celsius, 94 Kelvin). These three features will help Dragonfly stay easily aloft above Titan’s surface and to fly faster and farther with little energy. In fact, Dragonfly is expected to fly more than 100 miles (160 kilometers) over a nearly three-year mission — that’s almost double the distance traveled by all the Mars rovers combined.

Individual layers of haze can be seen in this 2005 Cassini image of the upper atmosphere of Titan. Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

2) Its atmosphere is more similar to Earth’s than any other

Titan’s atmosphere is made mostly of nitrogen (about 95%), like Earth’s (78%). It also contains about 5% methane, plus a hint of other carbon-rich compounds.

A notable difference between the two worlds is oxygen, which is absent on Titan, but makes up 21% of Earth’s air. But this wasn’t always so. When microbes ruled this planet 3.8 to 2.5 billion years ago, there was no oxygen here instead, the air was filled with methane that was produced by these simple microorganisms that quietly flourished in the oceans. Some scientists suspect that at times the methane helped form an opaque orange haze around Earth just like it does on Titan. In fact, this shroud may have helped nurture life on our planet by keeping Earth temperate and by screening out much of the harmful ultraviolet radiation from the Sun that can break down DNA. It also may have provided nutrients if microorganisms could metabolize the organic particles that fell out of the air.

Could Titan look a lot like Earth did billions of years ago? Scientists think so. They’re eager to learn through Dragonfly whether the chemistry that transpires in Titan’s atmosphere is similar to the chemical processes that shaped Earth’s air.

3) There’s intriguing chemistry happening there

It takes only two ingredients in the atmosphere — methane and nitrogen — to unleash a complex web of organic chemistry that makes Titan unique and interesting to scientists. After radiation from the Sun splits each of these molecules apart, their component atoms of carbon, hydrogen and nitrogen can recombine to form a variety of complex organic compounds that settle on the surface. Called “organic” because they contain carbon, these types of molecules are the building blocks of life on Earth. Thus, scientists are eager to see which compounds are on Titan and whether they are similar to the ones that could have seeded life on Earth.

Whether microbial life exists on Titan is an intriguing question for scientists. On the one hand, there’s an important ingredient conspicuously missing from the moon’s surface: liquid water. On Earth, liquid water is critical to life, given that it lubricates molecular processes and distributes nutrients, among other attributes.

On the other hand, scientists haven’t ruled out that Titan’s liquid methane environment might lend itself to exotic life forms. After all, scientists know that microorganisms on Earth can live in the most extreme environments imaginable, including in areas with well below freezing temperatures, high radiation, and little to no water. Could similar creatures survive the hardships of Titan?

Artist’s concept of Dragonfly on Titan. Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory

4) It’s a real-time science experiment that can’t be reproduced in a lab

Scientists are still working to understand how life started on Earth when the planet was about a billion years old. Many have sought to learn more by recreating Earth’s primordial conditions in their labs. Time and again, they try to spark the chemical reactions that turned the molecular soup of young Earth into a sea of living creatures. But life’s drawn-out timescale is too long for lab experiments.

That’s where Titan comes in. Many scientists believe that the moon could be a virtual laboratory for prebiotic chemistry that’s been ongoing for ages. When Dragonfly arrives on Titan in 2034, it will pick up the results of these experiments at several locations on the moon’s surface with a variety of geologic histories. The spacecraft will end its mission at the Selk impact crater, where plentiful organic compounds could’ve mixed with past liquid water for extended periods of time to create conditions that, at least on Earth, could have supported life.

This image of Titan’s surface was returned on January 14, 2005, by ESA’s Huygens probe after its successful descent to land on Titan. Credit: ESA/NASA/JPL/University of Arizona

5) It reminds us of Earth, but with some curious twists

Titan’s terrain, and even its landscape, looks eerily similar to Earth’s. On closer inspection, though, every familiar feature has an exotic trait.

Dragonfly’s landing site in the equatorial region called Shangri-La, for instance, features dunes that could easily be confused with those of Namibia, a country in southern Africa. These mountains of sand in Namibia rise up to 1,000 feet (300 meters). On Titan, the tallest dunes found appear to be upwards of 300 to nearly 600 feet (100 to 175 meters). But, instead of sand, the dunes are made of dark hydrocarbon grains, or bits of frozen methane and ethane that might resemble fine coffee grounds.

There are other spectacular similarities: Like Earth, Titan is carved by flowing rivers and lakes, and seas named after mythical sea creatures. But these bodies of liquid, some as big as North America’s Great Lakes, are made of methane instead of water. As the gas flows across the surface, wearing away rocks along its path, it produces hills and valleys that are reminiscent of those in White Canyon, Utah and Guangxi, China.

The rocks strewn about Titan’s surface look familiar, too. Yet they’re made of water ice that stays frozen solid in the moon’s unfathomably cold weather. Scientists also suspect that Titan may have had active volcanoes, but that they spewed liquid water “lava” instead of molten rock. From Titan’s surface, one might feel at home at the sight of clouds in the sky above. Yet, instead of water, they sometimes drench Titan’s surface with methane rain.