La exploración de Titán

Titán es el mayor de los satélites de Saturno, y fue descubierto por el físico holandés Christiaan Huygens en 1655. Su nombre fue propuesto en 1847 por el inglés John Herschel (hijo del astrónomo William Herschel, descubridor de Mimas y Encelado), quien sugirió que los satélites de Saturno fueran designados con los nombres de los titanes, hermanas y hermanos de Cronos, el equivalente de Saturno en la mitología griega.

Durante mucho tiempo se pensó que Titán era la luna más grande de todo el sistema solar. Sin embargo, es el único de los satélites del sistema solar que posee una atmósfera significativa, descubierta en 1944 por el astrónomo holandés Gerard Kuiper mediante observaciones espectroscópicas que detectaron la presencia de metano y amoníaco. Sin tener en cuenta el grosor de su atmósfera, densa y opaca, el diámetro real de Titán, de unos 5.150 kilómetros, es algo inferior al de Ganímedes, satélite de Júpiter. A pesar de ello, Titán es más grande que el planeta Mercurio.

Poco más pudo saberse de Titán hasta el 3 de septiembre de 1979, cuando la luna fue observada desde una distancia de 3,6 millones de kilómetros por la sonda estadounidense Pioneer 11 durante su sobrevuelo de Saturno. A causa del interés generado en la comunidad científica por los datos obtenidos, los controladores de la sonda Voyager 1, entonces en ruta hacia Saturno y equipada con instrumentos mucho más avanzados, decidieron modificar la trayectoria de la nave para poder sobrevolar Titán, sacrificando así la posibilidad de visitar los planetas Urano y Neptuno (misión que posteriormente cumplió su gemela Voyager 2).

El 12 de noviembre de 1980 la Voyager 1 pasó a menos de 124.200 kilómetros del polo sur de Saturno, utilizando la asistencia gravitatoria del gigante gaseoso para abandonar el plano de la eclíptica y sobrevolar Titán a menos de 4.000 kilómetros de distancia. Durante los pocos minutos que duró el acercamiento, los astrónomos pudieron aprender más sobre Titán que durante los trescientos años pasados desde su descubrimiento. La sonda confirmó además las observaciones de su predecesora Pioneer 11, que indicaban que el hemisferio sur de Titán era ligeramente más brillante que su hemisferio norte, debido a efectos estacionales globales. Sin embargo, se produjo una profunda desilusión entre los miembros del equipo científico de la misión, ya que la sonda no pudo observar detalle alguno de la superficie de Titán, oculta tras una densa “niebla” de origen fotoquímico cuya capa principal se encuentra a unos 300 kilómetros de altura.

En 1994, un equipo de astrónomos utilizó las cámaras infrarrojas del Telescopio Espacial Hubble para observar la superficie de Titán. A semejante distancia, las imágenes obtenidas no resultaron demasiado detalladas; sin embargo, llegaron a revelar una región altamente reflectiva, aproximadamente del tamaño de Australia, que fue denominada “Xanadú”.

Luego de un viaje interplanetario de siete años de duración, el 1 de julio de 2004, la sonda estadounidense Cassini ingresó en órbita alrededor de Saturno para estudiar su atmósfera, sus anillos, su magnetósfera y sus lunas. La misión primaria incluyó un total de 45 sobrevuelos cercanos de Titán, el primero de los cuales se produjo el 26 de octubre de 2004. A una distancia de 1.200 kilómetros, la sonda obtuvo las primeras imágenes y sondeos de la superficie de Titán, utilizando su radar de apertura sintética y sus cámaras en longitudes de onda infrarrojas para atravesar la “niebla” que cubre al satélite.

La sonda europea Huygens, transportada a bordo de la Cassini, fue liberada el 25 de diciembre de 2004 rumbo a Titán. El 14 de enero de 2005, la sonda alcanzó las capas superiores de la atmósfera de Titán, aterrizando suavemente en su superficie luego de un descenso en paracaídas de 2 horas y 28 minutos de duración.

Las primeras imágenes claras de la superficie fueron obtenidas por debajo de los 40 kilómetros de altura, revelando un mundo extraordinario, similar a la Tierra en muchos aspectos, especialmente en cuanto a su meteorología, geomorfología y actividad fluvial. Las fotografías mostraron fuertes evidencias de erosión debida al flujo de líquido, posiblemente metano, en la superficie de Titán.

Gracias a mediciones efectuadas por los instrumentos de la sonda, se determinó que los vientos soplan predominantemente en la dirección de rotación de Titán, de oeste a este, con velocidades superiores a los 450 kilómetros por hora a una altura de 120 kilómetros sobre la superficie. La velocidad de los vientos disminuyó al descender a través de la atmósfera, cambiando su dirección poco antes de alcanzar la superficie. Una capa inesperada de turbulencias fue detectada entre los 100 y los 60 kilómetros de altura.

La atmósfera de Titán está compuesta por nitrógeno en un 98,4 por ciento; el 1,6 por ciento restante está compuesto mayormente por metano y trazas de otros hidrocarburos (etano, diacetileno, metilacetileno, cianoacetileno, acetileno y propano) además de argón, dióxido de carbono, monóxido de carbono, cianógeno, cianuro de hidrógeno y helio. Los hidrocarburos se forman en las capas superiores de la atmósfera, a partir de reacciones químicas resultantes de la disociación del metano por la radiación ultravioleta de la luz solar, proceso que genera la característica “niebla” anaranjada y espesa. Titán no posee un campo magnético, y su órbita lo lleva fuera de la magnetósfera de Saturno, exponiéndolo directamente al viento solar. Esto hace que algunas moléculas en las capas superiores de su atmósfera se ionicen y escapen al espacio.

La sonda también sorprendió a los científicos al encontrar una segunda capa ionosférica más baja, entre los 140 y los 40 kilómetros de altura, en la cual el pico de conductividad eléctrica fue detectado cerca de los 60 kilómetros de altura. Además, los instrumentos de la Huygens podrían haber detectado señales de relámpagos en la atmósfera de Titán.

Contrariamente a las predicciones de los modelos atmosféricos anteriores al aterrizaje de la Huygens, la “niebla” de hidrocarburos, característica de Titán, fue detectada por la sonda durante todo el descenso hasta la superficie. Se creía que la atmósfera estaría libre de esa “niebla” por debajo de las capas inferiores de la estratósfera, a unos 60 kilómetros de altura. Afortunadamente, la “niebla” resultó suficientemente transparente para permitir la obtención de imágenes claras de la superficie a partir de los 40 kilómetros de altura.

La Huygens también realizó estudios de la atmósfera y la superficie de Titán, incluyendo los primeros análisis in situ por debajo de los 150 kilómetros de altura, que confirmaron la presencia de una compleja química orgánica, tanto en fase gaseosa como sólida. Esto reforzó la teoría de que Titán es un lugar prometedor para la observación de los procesos químicos seguidos por las moléculas que podrían haber sido los bloques básicos de construcción de los aminoácidos, precursores de la aparición de la vida en la Tierra.

La sonda descendió sobre el borde entre un brillante terreno helado, erosionado por la actividad fluvial, y un área más oscura, similar al lecho seco de un río o lago. La Huygens aterrizó en esta última región, donde la superficie tenía una consistencia similar a la de la arena mojada, y fotografió innumerables guijarros de agua helada, de hasta unos quince centímetros de diámetro, dispersados alrededor del sitio de aterrizaje. Los penetrómetros y acelerómetros revelaron que la sonda cayó encima de uno de esos guijarros, deshaciéndolo, y luego penetró unos diez centímetros en la superficie. Luego del aterrizaje, el espectrómetro detectó la evaporación de metano de la superficie, a causa del calor generado por la sonda. Además, la detección de argón 40 en la superficie indica que Titán ha experimentado una intensa actividad geológica interna, que quizás continúe en la actualidad.

Uno de los propósitos principales de la misión Huygens era el de obtener mediciones y observaciones in situ de la atmósfera y la superficie de Titán, a fin de compararlas con las realizadas en forma remota por la sonda Cassini. La radiación visible e infrarroja proveniente de la superficie de Titán y detectada durante un sobrevuelo por la Cassini se ve fuertemente afectada por las propiedades de la atmósfera, que se interpone entre los sensores e instrumentos del orbitador y la superficie de Titán. Con los datos obtenidos por la sonda Huygens, los astrónomos serán en el futuro capaces de corregir las observaciones efectuadas por la Cassini, teniendo en cuenta los efectos de la atmósfera de Titán.

Con anterioridad al aterrizaje de la Huygens, apenas podíamos imaginar el aspecto de la superficie de Titán. Las imágenes y datos revelados por la sonda durante su descenso resultaron fascinantes, y proporcionaron respuestas a numerosos interrogantes sobre Titán. Pero también dejaron abiertas muchas otras preguntas, cuyo análisis mantendrá a los científicos planetarios ocupados durante décadas.