Titanio | |
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Satélite de Saturno | |
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Descubridor | cristian huygens |
fecha de apertura | 25 de marzo de 1655 |
Características orbitales | |
eje mayor | 1.221.870 kilometros [1] |
Excentricidad | 0.0288 [1] |
Período de circulación | 15.945 días [1] |
Inclinación orbital | 0.34854° [1] |
Longitud del nodo ascendente | 28.758 [1] ° |
argumento periapsis | 179.920 [1] ° |
Anomalía media | 163.308 [1] ° |
características físicas | |
Diámetro | 5152 kilometros [2] |
Área de superficie | 83 millones de km² [2] |
Peso | 1.3452⋅10 23 kg [2] |
Densidad | 1,8798 g/cm³ [2] |
Aceleración de la gravedad | 1.352 m/s² |
Primera velocidad de escape ( v 1 ) | 1,867 km/s |
Segunda velocidad de escape ( v 2 ) | 2,639 km/s |
Período de rotación alrededor de un eje | rotación síncrona relativa a Saturno |
Eje de inclinación de rotación | perdido |
Albedo | 0.22 [3] |
Temperatura de la superficie | 93,7 K (−179,5 °C) [4] |
Atmósfera | nitrógeno - 98,4%, metano - 1,6%; presión - 146,7 kPa [5] [6] (1,5 veces más que la tierra) |
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Titán ( griego antiguo Τιτάν ) es el satélite más grande de Saturno , el segundo satélite más grande del sistema solar (después del satélite Ganímedes de Júpiter ), es el único cuerpo del sistema solar, a excepción de la Tierra , para el cual la existencia estable de líquido en la superficie ha sido probada [7] [8] , y el único satélite del planeta con una atmósfera densa.
Titán se convirtió en el primer satélite conocido de Saturno: en 1655 fue descubierto por el astrónomo holandés Christian Huygens [9] .
El diámetro de Titán es de 5152 km (esto es 1,48 veces más grande que el de la Luna ), mientras que Titán es un 80% más grande que el satélite de la Tierra en masa. Titán también supera en tamaño al planeta Mercurio , aunque es inferior a él en masa. La fuerza de la gravedad sobre él es aproximadamente una séptima parte de la de la Tierra. La masa de Titán es el 95% de la masa de todas las lunas de Saturno.
La superficie de Titán está compuesta principalmente de hielo de agua y materia orgánica sedimentaria . Es geológicamente joven y mayormente plano, con la excepción de una pequeña cantidad de formaciones rocosas y cráteres , así como algunos criovolcanes . La densa atmósfera que rodea a Titán no permitió ver la superficie del satélite durante mucho tiempo, hasta la llegada del aparato Cassini-Huygens en 2004.
La atmósfera es predominantemente de nitrógeno ; también hay una pequeña cantidad de metano y etano , que forman el océano local y las nubes , que son la fuente de precipitación líquida y posiblemente sólida. Hay lagos y ríos de metano-etano en la superficie. La presión cerca de la superficie es aproximadamente 1,5 veces la presión de la atmósfera terrestre. La temperatura de la superficie es de menos 170-180 °C.
A pesar de la baja temperatura, Titán se compara con la Tierra en las primeras etapas de desarrollo, y no se puede descartar que la existencia de las formas de vida más simples sea posible en el satélite; en particular, en reservorios subterráneos, donde las condiciones pueden ser mucho más cómodas que en la superficie [10] [11] .
Titán fue descubierto el 25 de marzo de 1655 por el físico, matemático y astrónomo holandés Christian Huygens [12] . Inspirándose en el ejemplo de Galileo , Huygens, junto con su hermano Konstantin, crearon un telescopio que tenía una apertura de 57 mm y un factor de aumento de más de 50 veces [13] .
Con este telescopio, Huygens observó los planetas del sistema solar: Marte , Venus , Júpiter y Saturno . En este último, el científico notó un cuerpo brillante que dio una vuelta completa alrededor del planeta en 16 días. Después de cuatro revoluciones, en junio de 1655, cuando los anillos de Saturno tenían una baja inclinación con respecto a la Tierra y no interferían con la observación, Huygens finalmente se convenció de que había descubierto el satélite de Saturno. Huygens cifró su descubrimiento como un anagrama admovere oculis distanteia sidera nostris, vvvvvvvcccrrhnbqx , que contenía una línea de Fasti de Ovidio [ 14 ] , Huygens envió este anagrama en una carta a John Vallis fechada el 13 de junio de 1655. Huygens proporcionó la decodificación del anagrama en una carta a Wallis fechada el 13 de marzo de 1656: lat. Saturno luna sua circumducitur diebus sexdecim horis quatuor (El satélite gira alrededor de Saturno en 16 días y 4 horas) [15] . Este fue el segundo descubrimiento de una luna desde la invención del telescopio, 45 años después del descubrimiento de Galileo de las cuatro lunas más grandes de Júpiter.
Durante más de dos siglos, el satélite permaneció prácticamente sin nombre, Huygens llamó al nuevo cuerpo celeste simplemente Saturni Luna ("la luna de Saturno" en latín ). Algunos astrónomos la han llamado la "Luna Huygensiana" o simplemente "Huygheniana". Después del descubrimiento de cuatro satélites más de Saturno por Giovanni Cassini , los astrónomos comenzaron a llamar a Titán Saturno IV , ya que estaba en la cuarta posición del planeta [16] . Después de 1789, esta técnica de denominación fue abolida en relación con el descubrimiento de nuevos satélites, algunos de los cuales estaban ubicados en órbitas más cercanas al planeta que las ya conocidas.
El nombre "Titán" comenzó a utilizarse tras la publicación en 1847 de un artículo de John Herschel (hijo de William Herschel , quien descubrió a Mimas y Encelado ) "Los resultados de las observaciones astronómicas realizadas en el Cabo de Buena Esperanza". En este artículo, el astrónomo sugirió que los siete satélites de Saturno entonces conocidos llevaran el nombre de las hermanas y hermanos de Kronos (el análogo griego del dios romano Saturno ) [17] .
El radio de la órbita de Titán es de 1.221.870 km [1] (20,3 del radio de Saturno). Así, Titán está fuera de los anillos de Saturno , el más exterior de los cuales (E) se encuentra a unos 750.000 km de distancia. Las órbitas de los dos satélites más cercanos están 242.000 km más lejos de Saturno ( Hiperión ) y 695.000 km más cerca del planeta ( Rea ). Las órbitas de Titán e Hiperión forman una resonancia orbital de 3:4 . Titán hace cuatro revoluciones alrededor de Saturno, mientras que Hiperión sólo hace tres [18] .
Titán da una vuelta completa alrededor del planeta en 15 días, 22 horas y 41 minutos con una velocidad media de 5,57 km/s . La órbita del satélite tiene una excentricidad igual a 0,0288 [1] [19] . El plano de la órbita se desvía del ecuador de Saturno y del plano de los anillos en 0,348° [2] .
Al igual que la Luna y muchas otras lunas planetarias del Sistema Solar , Titán tiene una rotación síncrona con respecto al planeta, como resultado de la captura de las mareas . Es decir, los periodos de rotación alrededor de su eje y de circulación alrededor de Saturno coinciden, y el satélite siempre está girado hacia el planeta por el mismo lado. La longitud se mide desde el meridiano que pasa por el centro de este lado [20] .
La inclinación del eje de rotación de Saturno es de 26,73°, lo que asegura el cambio de estaciones en el planeta y sus satélites en los hemisferios sur y norte. Cada estación dura aproximadamente 7,5 años terrestres, ya que Saturno completa una órbita alrededor del Sol en unos 30 años. El eje de rotación de Titán, perpendicular al plano de su órbita, está casi codirigido al eje de rotación de Saturno. El último verano en el hemisferio sur de Titán terminó en agosto de 2009.
El centro de masa de Saturno y Titán se encuentra a una distancia de solo 30 km [21] del centro de Saturno debido a su superioridad de masa en 4227 veces, por lo que la influencia del satélite en el movimiento del planeta es insignificante.
Titán tiene un diámetro de 5152 km y es la segunda luna más grande del sistema solar, después de Ganímedes , la luna de Júpiter .
Durante mucho tiempo, los astrónomos creyeron que el diámetro de Titán es de 5550 km, por lo tanto, Titán es más grande que Ganímedes, pero un estudio realizado por el aparato Voyager 1 mostró la presencia de una atmósfera densa y opaca, lo que dificultaba determinar con precisión el tamaño del objeto [22] .
El diámetro de Titán, así como su densidad y masa, son similares a los de los satélites de Júpiter: Ganímedes y Calisto [23] . El titanio es aproximadamente un 50 % más grande que la Luna (en radio), 3,24 veces en volumen y un 80 % más grande que ella en masa. Además, Titán es más grande que el planeta Mercurio , aunque es inferior a él en masa. La aceleración gravitacional es de 1,352 m/s² , lo que significa que la gravedad es aproximadamente una séptima parte de la de la Tierra ( 9,81 m/s² ), y significativamente inferior a la de la Luna (1,62 m/s²).
La densidad media de Titán es de 1,88 g/cm³ , que es la densidad más alta entre las lunas de Saturno . Titán representa más del 95% de la masa de todas las lunas de Saturno.
La cuestión de si Titán se formó a partir de una nube de polvo que es común con Saturno, o si se formó por separado y posteriormente fue capturado por la gravedad del planeta , aún no se ha resuelto definitivamente. Esta última teoría permite explicar una distribución tan desigual de la masa entre los satélites [24] .
Titán es un cuerpo celeste lo suficientemente grande como para mantener una temperatura alta en el núcleo interno, lo que lo hace geológicamente activo.
Con dimensiones comparables a las de Mercurio y Ganímedes, Titán tiene una atmósfera extensa, de más de 400 km de espesor. [25] [26] Actualmente se estima que la atmósfera de Titán tiene un 95% de nitrógeno y ejerce una presión sobre la superficie 1,5 veces mayor que la atmósfera de la Tierra. [27] [28] . La presencia de metano en la atmósfera provoca procesos de fotólisis en las capas superiores y la formación de varias capas de " smog " de hidrocarburos , razón por la cual Titán es el único satélite del sistema solar cuya superficie no se puede observar en la óptica. rango.
No hay consenso sobre el origen de la atmósfera. Hay varias versiones diferentes, pero cada una de ellas tiene serios contraargumentos [29] .
Entonces, según una teoría, la atmósfera de Titán inicialmente consistía en amoníaco (NH 3 ), luego comenzó la desgasificación del satélite bajo la acción de la radiación solar ultravioleta con una longitud de onda principalmente por debajo de 260 nm [30] [31] ; esto condujo al hecho de que el amoníaco comenzó a descomponerse en nitrógeno atómico e hidrógeno , que se combinaron en moléculas de nitrógeno (N 2 ) e hidrógeno (H 2 ). El nitrógeno más pesado cayó a la superficie y el hidrógeno más liviano se escapó al espacio exterior , ya que la baja gravedad de Titán no es capaz de retener y conducir a la acumulación de este gas en la atmósfera [31] . Sin embargo, los críticos de esta teoría señalan que para tal proceso, es necesario que Titán se haya formado a una temperatura relativamente alta, a la cual las sustancias constituyentes del satélite podrían separarse en un núcleo rocoso y una capa superior helada. Sin embargo, las observaciones de la sonda Cassini indican que la materia de Titán no está tan claramente dividida en capas [29] .
Según otra teoría, el nitrógeno podría haberse conservado desde la formación de Titán, pero en este caso, también debería haber mucho isótopo argón -36 en la atmósfera, que también formaba parte de los gases del disco protoplanetario del que salió el Se formaron los planetas y satélites del sistema solar. Sin embargo, las observaciones han demostrado que hay muy poco de este isótopo en la atmósfera de Titán [29] .
Otra teoría fue publicada en la revista Nature Geoscience el 8 de mayo de 2011, lo que sugiere que la atmósfera de Titán se formó por un intenso bombardeo de cometas hace unos cuatro mil millones de años. Según los autores de la idea, el nitrógeno se formó a partir del amoníaco durante la colisión de los cometas con la superficie de Titán; tal "accidente" ocurre a gran velocidad, y la temperatura aumenta bruscamente en el punto de impacto, y también se crea una presión muy grande. En tales condiciones, es muy posible que se produzca una reacción química. Para probar su teoría, los autores dispararon a un objetivo de amoníaco congelado con proyectiles de oro , platino y cobre utilizando pistolas láser . Este experimento mostró que, en el impacto, el amoníaco se descompone en hidrógeno y nitrógeno. Los científicos han calculado que durante el intenso bombardeo cometario de Titán se deberían haber formado unas 300 cuatrillones de toneladas de nitrógeno que, según ellos, es suficiente para formar la atmósfera de Titán [29] [32] .
Las estimaciones modernas de pérdidas en la atmósfera de Titán en comparación con sus características iniciales se realizan sobre la base de un análisis de la proporción de isótopos de nitrógeno de 15 N a 14 N. Según las observaciones, se ha encontrado que esta proporción es de 4 a 4,5 veces más alto que en la Tierra. Por lo tanto, la masa inicial de la atmósfera de Titán era unas 30 veces mayor que la actual, ya que debido a la gravedad más débil, el isótopo ligero de nitrógeno 14 N debería perderse más rápido bajo la influencia del calentamiento y la ionización por radiación, y debería acumularse 15 N. [33] .
El límite de la atmósfera de Titán es unas 10 veces más alto que el de la Tierra [25] [26] . El límite de la troposfera se encuentra a una altitud de 35 km. Una extensa tropopausa se extiende hasta una altitud de 50 km , donde la temperatura se mantiene casi constante, y luego la temperatura comienza a ascender. La temperatura mínima cerca de la superficie es de -180 °C, a medida que aumenta la altitud la temperatura aumenta gradualmente y alcanza los -121 °C a una distancia de 500 km de la superficie. La ionosfera de Titán tiene una estructura más compleja que la de la Tierra, su parte principal se encuentra a una altitud de 1200 km. Una sorpresa fue la existencia en Titán de la segunda capa más baja de la ionosfera, situada entre 40 y 140 km (conductividad eléctrica máxima a una altura de 60 km) [25] .
Los únicos cuerpos del sistema solar con una atmósfera densa, compuesta principalmente de nitrógeno, son la Tierra y Titán ( Tritón y Plutón también tienen atmósferas de nitrógeno enrarecido ). La atmósfera de Titán está compuesta por un 98,4 % de nitrógeno [5] y alrededor de un 1,6 % de argón y metano , que predominan principalmente en la atmósfera superior, donde su concentración alcanza el 43 %. También hay trazas de etano , diacetileno , metilacetileno , cianoacetileno , acetileno , propano , dióxido de carbono , monóxido de carbono , cian , helio [5] . Prácticamente no hay oxígeno libre .
Dado que Titán no tiene un campo magnético significativo , su atmósfera, especialmente las capas superiores, se ve fuertemente afectada por el viento solar . Además, también está expuesto a la radiación cósmica y solar, bajo cuya influencia, en particular la radiación ultravioleta, las moléculas de nitrógeno y metano se descomponen en iones o radicales de hidrocarburo . Estos fragmentos, a su vez, forman compuestos orgánicos complejos de nitrógeno o compuestos de carbono , incluidos compuestos aromáticos (por ejemplo, benceno ) [36] . Polyyne , un polímero con un triple enlace conjugado, también se forma en la atmósfera superior .
Los compuestos orgánicos, incluidos los átomos de nitrógeno, le dan a la superficie de Titán ya la atmósfera un color naranja [37] (en particular, este es el color del cielo visto desde la superficie) [38] . Bajo la influencia del Sol, todo el metano se convertiría en 50 millones de años (un tiempo muy corto en comparación con la edad del sistema solar), pero esto no sucede. Esto significa que las reservas de metano en la atmósfera se renuevan constantemente [34] . Una posible fuente de metano podría ser la actividad volcánica [8] [39] .
El viento cerca de la superficie de Titán suele ser bastante débil y asciende a aproximadamente 0,3 m/s [40] , a bajas altitudes la dirección del viento cambia. A altitudes superiores a 10 km, vientos bastante fuertes soplan constantemente en la atmósfera de Titán [41] . Su dirección coincide con la dirección de rotación del satélite y la velocidad aumenta con la altura desde varios metros por segundo a una altitud de 10 a 30 km a 30 m/s a una altitud de 50 a 60 km , lo que conduce a la formación de rotación diferencial [40] . A altitudes de más de 120 km, se producen fuertes turbulencias : sus signos se notaron en 1980-1981, cuando la nave espacial Voyager voló a través del sistema de Saturno . Sin embargo, la sorpresa fue que a una altitud de unos 80 km en la atmósfera de Titán, se registró una calma: aquí no penetran vientos que soplan por debajo de los 60 km ni movimientos turbulentos observados dos veces más altos. Las razones de tan extraño desvanecimiento de los movimientos aún no se pueden explicar [42] .
Sin embargo, en Titán, así como en la Tierra , se forman tormentas de vez en cuando [43] . El calentamiento de la superficie por los rayos del sol crea corrientes ascendentes en la atmósfera, provocando una poderosa convección, el movimiento de la humedad y la condensación de las nubes.
A diferencia de la Tierra , las poderosas nubes en Titán cambian mucho más de latitud a medida que cambian las estaciones, mientras que en la Tierra se mueven hacia el norte o el sur solo ligeramente.
A partir de los datos recopilados durante el descenso del aparato de Huygens sobre la velocidad de los vientos a diferentes alturas, se creó un modelo para el movimiento de masas atmosféricas en Titán. Según los resultados obtenidos, la atmósfera de Titán es una célula gigante de Hadley [44] . Las masas de aire cálido se elevan en el hemisferio sur durante el verano y son transportadas al polo norte, donde se enfrían y regresan al hemisferio sur a altitudes más bajas. Aproximadamente cada 14,5 años se produce un cambio en el sentido de la circulación [45] .
Modelo de procesos de convección: en la atmósfera del satélite hay dos principales: la acción de las llamadas ondas de Kelvin (surgen como resultado de la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz entre las capas del medio) y las corrientes oblicuas globales de la hemisferio norte al sur [46] .
Al igual que la Tierra , Titán tiene estaciones. A medida que Saturno y sus satélites se mueven alrededor del Sol , las estaciones de Titán se reemplazan gradualmente.
La temperatura en la superficie de Titán promedia −180 °C [47] . Debido a la atmósfera densa y opaca [48] , la diferencia de temperatura entre los polos y el ecuador es de solo 3 grados. Estas bajas temperaturas y altas presiones contrarrestan el derretimiento del hielo de agua , dejando poca o nada de agua en la atmósfera.
Las capas altas de la atmósfera contienen mucho metano; debería haber provocado el efecto invernadero y, como consecuencia, un aumento de la temperatura en el satélite. Sin embargo, la niebla naranja, que está compuesta de moléculas orgánicas y es omnipresente en la atmósfera inferior, absorbe bien la radiación solar y transmite infrarrojos desde la superficie, lo que produce un efecto antiinvernadero y enfría la superficie unos 10 grados [49] .
Nubosidad y precipitacionesEl metano se condensa en nubes a una altitud de varias decenas de kilómetros. Según los datos obtenidos por Huygens, la humedad relativa del metano sube del 45 % en la superficie al 100 % a una altitud de 8 km (en este caso, la cantidad total de metano, por el contrario, disminuye) [50] . A una altitud de 8-16 km , se extiende una capa de nubes muy enrarecida, formada por una mezcla de metano líquido con nitrógeno, que cubre la mitad de la superficie del satélite. Llovizna débil cae constantemente de estas nubes a la superficie, compensada por la evaporación.
En septiembre de 2006, Cassini vio una enorme nube a 40 km sobre el polo norte de Titán. Aunque se sabe que el metano forma nubes, en este caso lo más probable es que esta formación consistiera en etano, ya que el tamaño de las partículas fijadas era solo de 1 a 3 μm, y es el etano el que puede condensarse a esta altura. En diciembre, Cassini volvió a encontrar una capa de nubes sobre el polo, metano, etano y otro compuesto orgánico en la composición. La nube alcanzó un diámetro de 2400 km y también se observó durante el próximo vuelo del dispositivo en un mes [51] . Los científicos sugieren que en ese momento había lluvia de metano-etano o nieve en el polo del satélite (si la temperatura es lo suficientemente baja); las corrientes descendentes en las latitudes del norte son lo suficientemente fuertes como para causar precipitaciones [52] .
También se han registrado nubes en el hemisferio sur. Suelen cubrir no más del 1% de la superficie, aunque en ocasiones este valor alcanza el 8%. Tales diferencias en el área de cobertura de nubes de los hemisferios se explican por el hecho de que era verano en el hemisferio sur en el momento de la observación, y allí se produjo un calentamiento intenso de las masas atmosféricas, surgieron corrientes ascendentes y, como resultado, convección _ En tales condiciones, el etano no puede formar una capa de nubes permanente, aunque la humedad del etano alcanza el 100 % [53] . De septiembre a octubre de 2010, los científicos analizaron fotografías de Cassini y concluyeron que también llueve en el ecuador del satélite; prueba de ello es la muesca característica, que se manifiesta debido a los caudales de los ríos [54] .
Las observaciones muestran que la altura y la persistencia de la nubosidad dependen de la latitud. Entonces, en las altas latitudes (desde 60 ° y más) del hemisferio en invierno, las nubes permanentes son comunes, formadas por encima del nivel de la troposfera. En latitudes más bajas, las nubes se encuentran a una altitud de 15 a 18 km , son de tamaño pequeño y de naturaleza no permanente. En el hemisferio con período estival, las nubes se forman principalmente en la región de los 40° de latitud y suelen ser de corta duración [55] .
Las observaciones terrestres también muestran cambios estacionales en la cobertura de nubes. Entonces, en una revolución de 30 años alrededor del Sol, junto con Saturno en Titán en cada hemisferio, las nubes se forman durante 25 años y luego desaparecen dentro de 4-5 años antes de reaparecer [51] .
La superficie de Titán, fotografiada por Cassini en varios rangos espectrales, está dividida en varias regiones brillantes y oscuras con límites claros en latitudes bajas [57] . Cerca del ecuador en el hemisferio delantero hay una región brillante del tamaño de Australia (también visible en las imágenes infrarrojas del telescopio Hubble ) [58] . Fue nombrado Xanadu [ 59] .
Las imágenes de radar tomadas en abril de 2006 muestran cadenas montañosas de más de 1 km de altura, valles, lechos de ríos que fluyen desde las colinas y puntos oscuros (lagos llenos o secos) [60] . Se nota una fuerte erosión de los picos de las montañas, los flujos de metano líquido durante los aguaceros estacionales podrían formar cuevas en las laderas de las montañas. Al sureste de Xanadu se encuentra la enigmática formación Hotei arcus , que es un arco brillante (especialmente en algunas longitudes de onda). Aún no está claro si esta estructura es una región volcánica "caliente" o la deposición de alguna sustancia (por ejemplo, hielo de dióxido de carbono).
En la región ecuatorial de luz de Adiri , se han descubierto cadenas extendidas de montañas (o colinas) de hasta varios cientos de metros de altura. Presuntamente, en el hemisferio sur puede haber una enorme cadena montañosa de unos 150 km de largo y hasta 1,6 km de altura. Se ha descubierto un pico de 3337 metros en las montañas Mithrim [61] . En las cimas de las montañas hay depósitos ligeros, posiblemente depósitos de metano y otros materiales orgánicos [62] . Todo esto da testimonio de los procesos tectónicos que forman la superficie de Titán.
En general, el relieve de Titán es relativamente uniforme: la variación de altura no supera los 2 km, sin embargo, las diferencias de elevación locales, como lo muestran los datos de radar y las imágenes estéreo obtenidas por Huygens , pueden ser muy significativas; Las pendientes pronunciadas en Titán no son infrecuentes [63] . Este es el resultado de una intensa erosión con la participación de viento y líquido. Hay pocos cráteres de impacto en Titán (hasta 2012, 7 han sido identificados con precisión y presumiblemente 52) [64] . Esto es consecuencia del hecho de que son ocultados relativamente rápido por la precipitación [65] y suavizados por la erosión eólica [64] [66] . La superficie de Titán en latitudes templadas es menos contrastante.
Se supone que algunas partes de la superficie de Titán son de origen criovolcánico . Estos son principalmente el Monte Dum con el adyacente Sotra Patera y el arroyo Mohini , el Monte Erebor y objetos similares a arroyos en la región de Hotei [67] .
Hay regiones oscuras de tamaño similar a Xanadú, que rodean al satélite a lo largo del ecuador, que inicialmente se identificaron como mares de metano [68] . Los estudios de radar, sin embargo, han demostrado que las regiones ecuatoriales oscuras están casi universalmente cubiertas con largas filas paralelas de dunas que se extienden en la dirección de los vientos predominantes (de oeste a este) durante cientos de kilómetros, los llamados "arañazos de gato" [ 69] .
El color oscuro de las tierras bajas se explica por la acumulación de partículas de "polvo" de hidrocarburos que caen de la atmósfera superior, arrastradas por las lluvias de metano de las colinas y traídas a las regiones ecuatoriales por los vientos. El polvo se puede mezclar con arena helada [69] [70] .
La posibilidad de la existencia de ríos y lagos en la superficie de Titán llenos de metano líquido se planteó a partir de los datos recogidos por las Voyager 1 y Voyager 2, que mostraban la existencia de una atmósfera densa de composición adecuada y las temperaturas necesarias para mantener el metano en estado líquido. En 1995, los datos del telescopio Hubble y otras observaciones permitieron corroborar directamente la existencia de metano líquido en la superficie en forma de lagos individuales o incluso océanos, similares a los de la Tierra [71] .
La misión Cassini en 2004 también confirmó esta hipótesis, aunque no de forma inmediata. Cuando la nave espacial llegó al sistema de Saturno, los investigadores esperaban detectar el líquido reflejando la luz del sol, pero al principio no se pudo detectar ningún resplandor [72] .
En julio de 2009, se registró el reflejo de la luz solar (deslumbramiento) de la superficie lisa de una piscina líquida en el rango infrarrojo , lo que se convirtió en evidencia directa de la existencia de lagos [73] .
Anteriormente, cerca de los polos, el radar Cassini mostró la presencia de una superficie muy plana y / o altamente absorbente, que son depósitos de metano líquido (o metano-etano), cuya existencia estuvo en duda durante mucho tiempo. En particular, en junio de 2005, las imágenes de Cassini revelaron una formación oscura con límites muy claros en la región del polo sur, que se identificó como un lago líquido. Fue nombrado Lago Ontario [74] [75] . En julio de 2006 [76] se obtuvieron imágenes claras de radar de lagos en la región polar norte de Titán . La cobertura de radar de la región de Mezzoramia en latitudes altas del hemisferio sur mostró la presencia de un sistema fluvial desarrollado, una costa con rastros característicos de erosión y una superficie cubierta con líquido en la actualidad o en el pasado reciente [8] [77] .
En marzo de 2007, Cassini descubrió varios lagos gigantes cerca del Polo Norte, el mayor de los cuales ( el Mar de Kraken ) alcanza una longitud de 1000 km y es comparable en superficie al Mar Caspio , otro ( el Mar de Ligeia ) con un área de 100.000 km² supera a cualquiera de los lagos terrestres de agua dulce [78] .
En junio de 2012, los astrónomos que estudiaban las imágenes tomadas por Cassini entre 2004 y 2008 descubrieron un lago de metano de 1 metro de profundidad en la región ecuatorial desértica de Titán [79] . El lago se pudo ver gracias a disparos en el rango infrarrojo. Su longitud es de unos 60, y su ancho es de unos 40 kilómetros [80] . Además de este lago, se descubrieron cuatro formaciones más, más parecidas a los pantanos terrestres [79] .
Según los datos y cálculos informáticos de Cassini, la composición del líquido en los lagos es la siguiente: etano (76-79 %), propano (7-8 %), metano (5-10 %). Además, los lagos contienen 2-3% de cianuro de hidrógeno y alrededor de 1% de buteno , butano y acetileno [81] [82] . Según otros datos, los componentes principales son el etano y el metano. Las reservas de hidrocarburos en los lagos son varias veces mayores que las reservas totales de petróleo y gas en la Tierra [83] . Los científicos de la NASA han sugerido [84] que bajo ciertas condiciones, se pueden formar témpanos de hielo en la superficie de los lagos de Titán. Dicho hielo debe estar saturado con gas (más del 5%) para permanecer en la superficie del lago y no hundirse hasta el fondo.
La mayoría de los lagos se encuentran en la región polar del norte, mientras que en la del sur no hay casi ninguno. Esto puede explicarse por los cambios estacionales: cada una de las cuatro estaciones en Titán dura aproximadamente 7 años terrestres y, durante este tiempo, el metano puede secarse en los depósitos de un hemisferio y ser transportado por los vientos a otro [85] [86] .
Cuando la sonda " Huygens " descendió en la atmósfera de Titán, se obtuvieron fotografías [87] , que muestran cerros claros y canales atravesándolos, desembocando en una zona oscura. "Huygens", aparentemente, se sentó en el área oscura, y resultó ser una superficie sólida [88] . La composición del suelo en el lugar de aterrizaje se parece a la arena húmeda (posiblemente consistente en granos de hielo mezclados con hidrocarburos). La llovizna que cae constantemente puede humedecer el suelo .
En las imágenes directamente desde la superficie, se ven piedras (probablemente hielo) de forma redondeada. Esta forma podría haberse formado como resultado de una exposición prolongada al líquido. Probablemente, en la región ecuatorial donde aterrizaron los Huygen, solo son posibles lagos de metano de secado temporal , que se forman después de lluvias extremadamente raras.
Titán es mitad hielo de agua y mitad roca . En composición, Titán es similar a algunos otros grandes satélites de planetas gaseosos : Ganímedes , Europa , Calisto , Tritón , pero difiere mucho de ellos en la composición y estructura de su atmósfera.
Según los cálculos, Titán tiene un núcleo sólido, formado por rocas, con un diámetro de unos 3400 km, que está rodeado por varias capas de hielo de agua [89] . La capa exterior del manto se compone de hielo de agua e hidrato de metano , mientras que la capa interior se compone de hielo comprimido muy denso. Entre estas capas es posible la existencia de una capa de agua líquida.
Al igual que otros satélites de Júpiter y Saturno, como, por ejemplo, Io y Encelado , Titán se ve afectado por importantes fuerzas de marea , que juegan un papel importante en los procesos tectónicos del satélite, calientan su núcleo y sustentan la actividad volcánica .
Varios científicos propusieron una hipótesis sobre la existencia de un océano subterráneo global [90] . La poderosa acción de las mareas de Saturno puede provocar el calentamiento del núcleo y mantener una temperatura lo suficientemente alta como para que exista agua líquida [91] . Una comparación de las imágenes de Cassini de 2005 y 2007 mostró que los detalles del paisaje se habían desplazado unos 30 km. Dado que Titán siempre gira hacia Saturno por un lado, tal cambio puede explicarse por el hecho de que la corteza helada está separada de la masa principal del satélite por una capa líquida global [91] .
Se supone que el agua contiene una cantidad importante de amoníaco (alrededor del 10 %), que actúa sobre el agua como anticongelante [92] , es decir, reduce su punto de congelación. En combinación con la alta presión ejercida por la corteza del satélite, esto puede ser una condición adicional para la existencia de un océano subterráneo [93] [94] .
De acuerdo con los datos publicados a fines de junio de 2012 y recopilados anteriormente por la nave espacial Cassini, realmente debería haber un océano debajo de la superficie de Titán a una profundidad de aproximadamente 100 km, que consiste en agua con una posible pequeña cantidad de sales [95 ] . Con base en el mapa de gravedad del satélite, construido según los datos de Cassini , los científicos sugirieron que el líquido en el océano subterráneo de Titán se caracteriza por una mayor densidad y una salinidad extrema. Lo más probable es que sea una salmuera , que incluye sales que contienen sodio, potasio y azufre. Además, en diferentes partes del satélite, la profundidad del océano no es la misma: en algunos lugares, el agua se congela, desde el interior se forma una capa de hielo que cubre el océano, y la capa líquida en estos lugares prácticamente no está conectada. con la superficie de Titán. La fuerte salinidad del océano subterráneo hace que sea casi imposible que exista vida en él [96] .
Titán tiene claros signos de actividad volcánica. Sin embargo, a pesar de la similitud de la forma y las propiedades de los volcanes, no son los volcanes de silicato los que actúan sobre el satélite, como en la Tierra o Marte y Venus , sino los llamados criovolcanes , que, muy probablemente, erupcionan con un agua-amoníaco. mezcla con una mezcla de hidrocarburos [97] .
Inicialmente, se asumió la existencia de vulcanismo tras el descubrimiento de argón-40 en la atmósfera , que se forma durante la desintegración de sustancias radiactivas [98] . Más tarde, Cassini registró una poderosa fuente de metano, que presumiblemente es un criovolcán. Dado que aún no se ha encontrado en la superficie del satélite ninguna fuente de metano capaz de mantener una cantidad constante de esta sustancia en la atmósfera, ahora se cree que la mayor parte de todo el metano proviene de los criovolcanes [99] [100] .
Además, en diciembre de 2008, los astrónomos registraron dos formaciones temporales de luz en la atmósfera, pero resultaron tener una vida demasiado larga para confundirlas con un fenómeno meteorológico. Se supone que esto fue consecuencia de la erupción activa de uno de los criovolcanes [92] .
Los procesos volcánicos en Titán, así como en la Tierra, son causados por la desintegración de elementos radiactivos en el manto del satélite [92] . El magma en la Tierra está compuesto de rocas fundidas que son menos densas que las rocas de la corteza a través de las cuales erupcionan. En Titán, la mezcla de agua y amoníaco es mucho más densa que el hielo de agua a través del cual sale a la superficie, por lo tanto, se requiere más energía para mantener el vulcanismo. Una de las fuentes de tal energía es el poderoso efecto de marea de Saturno sobre su satélite [92] .
La observación y el estudio de Titán, antes de que la nave espacial Pioneer 11 alcanzara la órbita de Saturno en 1979 y realizara varias mediciones del planeta y sus satélites, se llevó a cabo a un ritmo extremadamente lento. En 1907, el astrónomo español José Comas Sola afirmó haber observado un oscurecimiento en el borde del disco de Titán y dos puntos brillantes redondos en el centro [101] . Como resultado de las observaciones de Gerard Kuiper , realizadas en el invierno de 1943-1944 en el Observatorio McDonald en Mount Lock usando un espectrógrafo conectado a un telescopio reflector de 82 pulgadas (205 cm) , en 1944 [102] la atmósfera de Titán fue descubierto [103] [104] .
Titán no es visible a simple vista, pero se puede observar con un telescopio de aficionado o binoculares fuertes, la observación es difícil debido a la proximidad de Titán a Saturno. El satélite tiene una magnitud aparente de +7,9 [105] .
La primera nave espacial que voló cerca de Titán fue la Pioneer 11 , diseñada para estudiar Júpiter y Saturno. El 1 de septiembre de 1979, la estación transmitió cinco imágenes de Titán. Según los datos transmitidos por la sonda, se comprobó que la temperatura superficial es demasiado baja para la existencia de vida [106] . Pioneer 11 pasó a una distancia de 353.950 km del satélite. Las fotografías resultantes eran demasiado borrosas para distinguir cualquier detalle [107] .
La Voyager 1 ha realizado importantes investigaciones . El 12 de noviembre de 1980, la estación pasó a 5600 km de Titán, pero las imágenes resultantes no permitieron distinguir ningún detalle de la superficie debido a la neblina en la atmósfera. La Voyager 1 solo pudo estudiar la composición de la atmósfera y determinar datos básicos como el tamaño y la masa , y también se refinó el período orbital [22] .
La Voyager 2 sobrevoló el sistema de Saturno el 25 de agosto de 1981. Dado que el dispositivo se dirigió a Urano y realizó una maniobra gravitacional cerca de Saturno, Titán prácticamente no fue estudiado.
Las primeras fotografías que arrojaron luz sobre la estructura de la superficie de Titán fueron tomadas por el Telescopio Espacial Hubble en la década de 1990. Las imágenes infrarrojas mostraron nubes de metano y smog orgánico. Con un claro contraste entre las áreas claras y oscuras de la superficie, Titán se destaca de otras lunas de tamaño similar en el sistema solar. Los cráteres del Hubble comunes a otros satélites no se encontraron en Titán.
Se asumió que las áreas claras de la superficie se encuentran más altas que las más oscuras; también difieren en su composición: las áreas claras pueden contener hielo de agua, como se encuentra a menudo en las lunas de Júpiter, mientras que las áreas oscuras están cubiertas de roca o material orgánico.
El 15 de octubre de 1997, la nave espacial Cassini-Huygens , un proyecto conjunto de la NASA , la ESA y ASI, se lanzó desde Cabo Cañaveral. Fue creado para estudiar el sistema de Saturno y, en particular, su luna Titán. Cassini es el primer satélite artificial de Saturno. El plazo inicial del aparato se calculó para 4 años.
Cassini ha estado en órbita alrededor de Saturno desde el 1 de julio de 2004. Como estaba previsto, el primer sobrevuelo de Titán se realizó el 26 de octubre de 2004, a una distancia de sólo 1200 km de la superficie [88] . Titán es el cuerpo celeste más distante de la Tierra, que fue aterrizado por una sonda espacial [108] . Las imágenes de radar tomadas por Cassini revelan la compleja estructura de la superficie de Titán.
Desde el 22 de julio de 2006 hasta el 28 de mayo de 2008, Cassini realizó 21 sobrevuelos alrededor de Titán (la distancia mínima fue de solo 950 km), tiempo durante el cual se obtuvieron imágenes que demostraban la existencia de lagos de metano en Titán [109] .
La misión se extendió primero hasta 2010 (21 sobrevuelos adicionales de Titán) y luego hasta 2017 (otros 56 sobrevuelos) [110] . El dispositivo completó su misión el 15 de septiembre de 2017 , ardiendo en la atmósfera de Saturno.
Exploración con la sonda HuygensLa sonda Huygens se separó de Cassini el 25 de diciembre de 2004 y aterrizó en la superficie el 14 de enero de 2005 [111] . "Huygens" es el segundo dispositivo creado por el hombre, ubicado en la superficie del satélite del planeta después de los dispositivos en la Luna .
El descenso en paracaídas a través de la atmósfera del satélite le tomó a Huygens 2 horas 27 minutos 50 segundos. La colisión del aparato con la superficie de Titán se produjo a una velocidad de 16 km/h (o 4,4 m/s ), mientras que los aparatos experimentaron sobrecargas a corto plazo , 15 veces mayores que la aceleración de caída libre en la Tierra.
Durante el descenso, Huygens tomó muestras de la atmósfera. La velocidad del viento al mismo tiempo (a una altitud de 9 a 16 km) era de aproximadamente 26 km/h . Los instrumentos a bordo detectaron una densa neblina de metano (capas de nubes) a una altitud de 18-19 km , donde la presión atmosférica era de aproximadamente 50 kPa (5,1⋅10 3 kgf/m²) o 380 mmHg. La temperatura exterior al comienzo del descenso era de -202°C, mientras que en la superficie de Titán era ligeramente superior: -179°C.
Las imágenes tomadas durante el descenso mostraban un relieve complejo con rastros de acción líquida (cauces de ríos y un fuerte contraste entre áreas claras y oscuras: la "línea costera") [112] . Sin embargo, el área oscura sobre la que descendieron los Huygen resultó ser sólida. Las fotografías tomadas desde la superficie muestran piedras redondeadas de hasta 15 cm de tamaño, con rastros de exposición a líquidos (guijarros) [99] .
Con la ayuda de un micrófono externo, fue posible grabar el sonido del viento en Titán.
Se decidió que el lugar de aterrizaje del dispositivo el 14 de marzo de 2007 llevaría el nombre de Hubert Curien, uno de los fundadores de la Agencia Espacial Europea [113] .
Como parte del programa conjunto de la NASA y la ESA para estudiar Saturno, Titán y Encelado , está previsto enviar la Titan Saturn System Mission , que incluirá: una estación orbital y dos sondas diseñadas específicamente para estudiar Titán. Una sonda es un globo que flotará en la atmósfera entre las nubes. Tal como lo concibieron los desarrolladores, esta sonda deberá volar alrededor de todo el satélite al menos una vez a aproximadamente 20 ° N. sh. a una altitud de 10 km [114] .
La segunda sonda tendrá que amerizar en el mar polar de hidrocarburos a aproximadamente 79° de latitud norte. Al igual que la Huygens, el aparato se lanzará en paracaídas. La sonda será el primer aparato flotante fuera de la Tierra. Se espera que el plazo de su trabajo sea de 3 a 6 meses, a partir de 6 horas de descenso por la atmósfera.
Inicialmente, el lanzamiento de la misión estaba previsto para 2010. Sin embargo, en febrero de 2009, se anunció que la NASA y la ESA habían dado mayor prioridad a la misión del sistema de Júpiter, y la fecha de lanzamiento se retrasó hasta algún momento de la década de 2020 [115] .
Algunos científicos, incluida la científica planetaria empleada de la NASA Amanda R. Hendrix , creen que la única opción para colocar una colonia dentro del sistema solar no es la Luna o Marte, sino la luna más grande de Saturno, Titán. [116] [117]
La nave espacial Dragonfly está programada para ser enviada a Titán en 2027, seguida de un aterrizaje en la región de Shangri-La en 2034. Luego el vehículo volará hacia el cráter Selk , donde en el pasado pudo haber agua líquida [118] .
Dado que Saturno y sus satélites están fuera de la zona habitable , el surgimiento de vida altamente organizada (similar a la Tierra) es hipotéticamente imposible, pero los científicos no descartan la posibilidad del surgimiento de organismos simples [119] .
A pesar de las bajas temperaturas, existen condiciones suficientes en Titán para que comience la evolución química . La atmósfera densa de nitrógeno y la presencia de compuestos orgánicos es un objeto interesante para el estudio de los exobiólogos, ya que podrían existir condiciones similares en la Tierra joven. Sin embargo, temperaturas demasiado bajas impiden la dirección prebiótica del desarrollo, en contraste con la Tierra [120] .
Stephen Benner de la Universidad de Florida sugiere que la vida podría formarse en lagos de hidrocarburos líquidos. El etano o el metano se pueden utilizar como disolvente en los procesos biológicos de un organismo vivo. Al mismo tiempo, la agresividad química de estas sustancias es muy inferior a la del agua. Por lo tanto, las macromoléculas como las proteínas y los ácidos nucleicos pueden ser más estables.
Entonces, el 5 de junio de 2010, un grupo de científicos de la NASA hizo una declaración de que habían encontrado signos de la posible existencia de las formas de vida más simples en Titán. Estas conclusiones se basaron en el análisis de los datos obtenidos de la sonda Cassini: al estudiar el comportamiento inusual del hidrógeno en la superficie del satélite, el astrobiólogo Chris McKay y el profesor John Zarnecki propusieron una hipótesis sobre la "respiración" de organismos biológicos primitivos, que representan una forma de vida diferente a la de la Tierra, que utiliza metano e hidrógeno en lugar de agua y oxígeno [121] .
Según esta hipótesis, los organismos podrían absorber gas hidrógeno y alimentarse de moléculas de acetileno , mientras que durante su vida se formaría metano. Como resultado, Titán experimentaría escasez de acetileno y una disminución en el contenido de hidrógeno cerca de la superficie. Las mediciones infrarrojas realizadas por el espectrómetro Cassini no mostraron rastros de acetileno, aunque debería haberse formado en la poderosa atmósfera de Titán bajo la influencia de la radiación ultravioleta solar. Los resultados indirectos sugieren que el hidrógeno cerca de la superficie de Titán también desaparece. El propio McKay, al comentar los resultados obtenidos para la revista New Scientist, señaló que eran "muy inusuales y hasta ahora químicamente inexplicables". “Por supuesto, esto no es una prueba de la existencia de vida, pero es muy interesante”, agregó el científico [122] [123] . Sin embargo, los científicos no descartan que los nuevos datos de Cassini puedan tener una explicación completamente diferente [124] .
En un futuro muy lejano, las condiciones en Titán pueden cambiar significativamente. Después de 6 mil millones de años, el Sol aumentará significativamente de tamaño y se convertirá en una gigante roja , la temperatura en la superficie del satélite aumentará a -70 °C, lo suficientemente alta como para que exista un océano líquido de una mezcla de agua y amoníaco . Tales condiciones existirán durante varios cientos de millones de años, lo cual es suficiente para el desarrollo de formas de vida relativamente complejas [125] .
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