Titán y la Tierra #
Titán, la luna de Saturno, es un mundo intrigante envuelto en una neblina amarillenta y contaminada. Al igual que en la Tierra, la atmósfera está compuesta principalmente por nitrógeno y tiene un clima, con nubes y lluvia. A diferencia de la Tierra, cuyo clima es impulsado por la evaporación y condensación del agua, la gélida Titán tiene un ciclo de metano (CH4), que evapora de la superficie y sube a la atmósfera, donde se condensa para formar nubes de metano. De vez en cuando cae como una lluvia fría y aceitosa sobre una superficie sólida donde el agua helada es dura como las rocas.
“Titán es el único otro lugar en nuestro sistema solar que tiene clima como la Tierra, en el sentido de que tiene nubes y lluvias en una superficie”, explicó el autor principal del estudio, Conor Nixon del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.
El equipo observó Titán en noviembre de 2022 y julio de 2023 utilizando tanto a Webb como uno de los telescopios gemelos W.M. Keck ubicados en la superficie terrestre. Esas observaciones no solo mostraron nubes en las latitudes medias y altas del norte en Titán, el hemisferio donde actualmente es verano, sino que también mostraron que, con el tiempo, esas nubes aparentemente se elevaban a altitudes más altas. Si bien estudios previos han observado convección de nubes en latitudes del sur, esta es la primera vez que se ha visto evidencia de dicha convección en el norte. Esto es algo significativo porque la mayoría de los lagos y mares de Titán se encuentran en su hemisferio norte y la evaporación de los lagos es una importante fuente potencial de metano.
En la Tierra, la capa más baja de la atmósfera, o troposfera, se extiende hasta una altitud de unos 12 kilómetros. Sin embargo, en Titán, cuya menor gravedad permite que las capas atmosféricas se expandan, la troposfera se extiende hasta unos 45 kilómetros. Webb y Keck utilizaron diferentes filtros infrarrojos para sondear a diferentes profundidades en la atmósfera de Titán, lo que permitió a los astrónomos estimar las altitudes de las nubes. El equipo científico observó nubes que parecían moverse a altitudes más altas durante varios días, aunque no pudieron ver directamente ninguna precipitación.
“Las observaciones de Webb fueron tomadas al final del verano boreal de Titán, que es una estación que no pudimos observar con la misión Cassini-Huygens”, dijo Thomas Cornet, de la Agencia Espacial Europea, coautor del estudio. “Junto con las observaciones terrestres, Webb nos está dando nuevos y preciosos conocimientos sobre la atmósfera de Titán, que esperamos poder investigar mucho más de cerca en el futuro con una posible misión de la ESA para visitar el sistema de Saturno”.
La química de Titán #
Titán es un objeto de gran interés astrobiológico debido a su compleja química orgánica (que contiene carbono), a pesar de su gélida temperatura de unos -180 grados Celsius. Las moléculas orgánicas forman la base de toda la vida en la Tierra, y estudiarlas en un mundo como Titán puede ayudar a los científicos a comprender los procesos que llevaron al origen de la vida en la Tierra.
Como queda dicho, el ingrediente básico que impulsa gran parte de la química de Titán es el metano. El metano en la atmósfera de Titán se separa por la luz solar o electrones energéticos de la magnetosfera de Saturno, y luego se recombina con otras moléculas para hacer sustancias como el etano (C2H6) junto con moléculas más complejas que soportan carbono.
Los datos de Webb proporcionaron una pieza clave que faltaba para nuestra comprensión de los procesos químicos: una detección definitiva del radical metilo CH3. Esta molécula (llamada ‘radical’ porque tiene un electrón ’libre’ que no está en un enlace químico) se forma cuando el metano se descompone. La detección de esta sustancia significa que los científicos pueden ver por primera vez en acción la química que actúa en Titán, en vez de, solamente, los ingredientes iniciales y los productos finales.
“Por primera vez, podemos ver el pastel químico mientras se eleva en el horno, en lugar de solo los ingredientes iniciales de harina y azúcar, y luego el pastel helado final”, dijo la coautora Stefanie Milam del Centro de Vuelo Espacial Goddard, de la NASA.
El futuro de la atmósfera de Titán #
Esta química de hidrocarburos tiene implicaciones a largo plazo para el futuro de Titán. Cuando el metano se separa en la atmósfera superior, algunos de ellos se recombinan para hacer otras moléculas que eventualmente terminan en la superficie de Titán en una forma química u otra, mientras que algo de hidrógeno escapa de la atmósfera. Como resultado, el metano se agotará con el tiempo, a menos que haya alguna fuente para reponerlo.
Titán y Marte #
Se produjo un proceso similar en Marte, donde se rompieron las moléculas de agua y el hidrógeno resultante se perdió en el espacio. El resultado fue el planeta seco y desértico que vemos hoy con las misiones satelitales o en superficie que operan en Marte.
“En Titán, el metano es posible que esté siendo reabastecido constantemente y saliendo de la corteza y el interior durante miles de millones de años. De lo contrario, con el tiempo todo desaparecerá y Titán se convertirá en un mundo casi sin aire, de polvo y dunas”, explicó Nixon.
Estos datos se tomaron como parte del programa de Observaciones de Tiempo Garantizado de Heidi Hammel para estudiar el sistema solar. Los resultados fueron publicados en la revista Nature Astronomy.