La Cassini investiga la fabrica química de la luna Titán

La luna gigante de Saturno Titán, se esconde detrás de una gruesa atmósfera nebulsa que es bien conocida por los científicos como uno de los ambientes químicos más complejos del sistema solar. Se trata fábrica química que arroja hidrocarburos que llueven sobre la superficie helada de Titán. Con una temperatura superficial brutalmente fría de alrededor de -170 grados Celsius, los hidrocarburos forman lagos de metano líquido y etano.

Sin embargo, la materia prima más importante en la fábrica química de Titán es el gas metano. El metano es una molécula compuesta por un átomo de carbono unido a cuatro átomos de hidrógeno. No duran mucho tiempo porque son continuamente destruidos por la luz solar y se convierten en moléculas y partículas más complejas. Una nueva investigación de la NASA,  ha tratado de estimar el tiempo que esta fábrica ha estado operando.

Los resultados se presentan en dos artículos que aparecen en  abril en la revista Astrophysical Journal. Estos trabajos utilizaron los datos recogidos por los dos instrumentos a bordo de la sonda espacial Cassini de la NASA en órbita alrededor de Saturno y un instrumento de la sonda de la Agencia Espacial Europea, Huygens, que aterrizó en la superficie de Titán en enero de 2005. Los tres instrumentos fueron construidos en el Centro Goddard de Vuelo Espacial en Greenbelt, Maryland. Un artículo liderado por Conor Nixon de la Universidad de Maryland, College Park, utiliza infrarrojos (espectros) de metano a partir del espectrómetro infrarrojo compuesto de la Cassini para estimar cuanto de “pesado”  es el metano que contiene isótopos raros que está presente en la atmósfera de Titán.

Los isótopos son versiones de un elemento con diferentes pesos o masas. Por ejemplo, el carbono 13 es una pesada (y rara) versión del tipo más común de carbono, llamado carbono 12. Ocasionalmente, un átomo de carbono 13 sustituye a un átomo de carbono 12 en una molécula de metano. Debido a que el metano hace al carbono 12 ligeramente más claro, las reacciones químicas que convierten a los hidrocarburos más complejos suceden un poco más rápido. Esto significa que el carbono 12 del metano se agota a un ritmo ligeramente más rápido que carbono 13 de metano pesado, por lo que la concentración de metano pesado en la atmósfera de Titán aumenta lentamente.

Al modelar cómo la concentración de los cambios de metano pesado ha sido a través del tiempo, los científicos predijeron el tiempo que la fábrica química de Titán ha estado funcionando.

“Bajo los supuestos básicos del modelo, la edad de metano tiene un tope de 1,6 millones de años, o alrededor de un tercio de la edad de Titán”, dijo Nixon, del Centro Goddard. “Sin embargo, si al metano también se le permite escapar de la parte superior de la atmósfera, ya que algunos trabajos previos así lo  han sugerido, la edad debe ser mucho más corta; quizás sólo de 10 millones de años . Para que sea compatible con las observaciones” 

Ambos escenarios asumen que el metano entró en la atmósfera en una explosión de emisión de gases, probablemente a partir de la reestructuración del interior de Titán; los materiales más pesados se hundieron hacia el centro y los más ligeros se elevaron hacia la superficie. ”Sin embargo, si el metano no ha dejado de reponerse de una fuente, sus isótopos  siempre aparecerían como “frescos” y no podemos restringir la edad de nuestro modelo “, dijo Nixon. Las fuentes posibles incluyen clatratos de metano, básicamente una molécula de metano dentro de una “jaula” o red de moléculas de hielo. Los catratos de metano se encuentran en las profundidades heladas de los océanos de la Tierra, y algunos científicos piensan que podrían existir un océano de agua líquida mezclada con amoníaco (que actúa como anticongelante) por debajo de la corteza helada de Titán. Si esto es así, el metano podría ser liberado de sus jaulas durante las erupciones  de criovolcanes de  agua y amoníaco, o simplemente poco a poco podrían filtrarse a través de fracturas en la corteza.

El segundo documento de Titán, escrito por Kathleen Mandt del  Southwest Research Institute, en San Antonio, y un equipo de colegas, también modela el tiempo de evolución del metano. En este trabajo, la concentración del metano pesado se determina a partir de mediciones del espectrómetro de la Cassini de masas de iones y neutros, que cuenta las moléculas en la atmósfera de diferentes masas (pesos). Las mediciones realizadas por el espectrómetro de cromatógrafo de gases masas de la Huygens, cuenta también  moléculas de masas diferentes, y se utiliza para limitar el impacto de la fuga del metano en la atmósfera pesada.

“Calculamos que, incluso si el metano se ha repuesto desde el interior a través del tiempo, hasta igualar o superar los valores de la fábrica química de la atmósfera, el proceso debe haber estado funcionando durante un máximo de mil millones de años “, dijo Mandt. “Si el proceso se había iniciado más temprano, veríamos una acumulación de metano en los lagos de la superficie y en la atmósfera más allá de lo que se observa hoy en día.” 

En conjunto, estos documentos añaden importantes y nuevas perspectivas a la historia del metano en la atmósfera de Titán, lo que confirma que debe haberse formado mucho después del propio Titán. El trabajo previo teniendo en cuenta la evolución del interior de Titán predijo que la última erupción importante ocurrió entre 350 millones y 1,35 billones de años, mientras que el recuento del cráter ha puesto la edad de la superficie actual entre 200 millones y 1 billón de años. (Trabajos de conteo de cráteres en el principio describen que una superficie de más edad tiene más cráteres.)

El presente trabajo muestra por primera vez estimaciones de la edad del metano en la atmósfera, a menos de mil millones de años.

Esta investigación fue apoyada por la Misión Cassini de la NASA y su equipo de Análisis de  datos. La misión Cassini-Huygens es un proyecto cooperativo de la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Italiana.

Para más información NASA/ESA Cassini Mision

Autor: Jia-Rui C. Cook

Enlace original: Cassini investigates Titan’s chemical factory