Pronóstico del Titán de Webb: Parcialmente nublado con lluvias ocasionales de metano
Titán, la luna de Saturno, es un mundo fascinante envuelto en una neblina amarillenta y contaminada. Al igual que la Tierra, su atmósfera está compuesta principalmente de nitrógeno y presenta fenómenos meteorológicos, como nubes y lluvia. A diferencia de la Tierra, cuyo clima se rige por la evaporación y condensación del agua, Titán, gélido, presenta un ciclo de metano.
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| Estas imágenes de Titán fueron tomadas por el Telescopio Espacial James Webb de la NASA el 11 de julio de 2023 (fila superior) y por los Observatorios WM Keck terrestres el 14 de julio de 2023 (fila inferior). Muestran nubes de metano (indicadas por flechas blancas) que aparecen a diferentes altitudes en el hemisferio norte de Titán. A la izquierda se muestran imágenes representativas en color de ambos telescopios. En la imagen del Webb, la luz a 1,4 micras se colorea en azul, la de 1,5 micras en verde y la de 2,0 micras en rojo (filtros F140M, F150W y F200W, respectivamente). En la imagen del Keck, la luz a 2,13 micras se colorea en azul, la de 2,12 micras en verde y la de 2,06 micras en rojo (H₂₄₂O , Kp y He₂₄, respectivamente). En la columna central se muestran imágenes de longitud de onda única tomadas por Webb y Keck a 2,12 micras. Esta longitud de onda es sensible a la emisión de la troposfera inferior de Titán. Las imágenes de la derecha muestran la emisión a 1,64 micras (Webb) y 2,17 micras (Keck), que favorecen las altitudes más altas, en la troposfera superior y la estratosfera de Titán (una capa atmosférica por encima de la troposfera). Esto demuestra que las nubes se observan a mayor altitud el 14 de julio que antes, el 11 de julio, lo que indica un movimiento ascendente. Créditos: Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Observatorio Keck |
El Telescopio Espacial James Webb de la NASA, complementado con imágenes del telescopio Keck II, ha hallado por primera vez evidencia de convección de nubes en el hemisferio norte de Titán, sobre una región de lagos y mares. El Webb también ha detectado una molécula clave que contiene carbono y que aporta información sobre los procesos químicos en la compleja atmósfera de Titán.
El tiempo en Titán
En Titán, el metano desempeña un papel similar al del agua en la Tierra en cuanto al clima. Se evapora de la superficie y asciende a la atmósfera, donde se condensa para formar nubes de metano. Ocasionalmente, cae en forma de lluvia fría y aceitosa sobre una superficie sólida donde el hielo de agua es duro como la roca.
“Titán es el único otro lugar en nuestro sistema solar que tiene un clima como el de la Tierra, en el sentido de que tiene nubes y lluvia en su superficie”, explicó el autor principal 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 el telescopio Webb como uno de los telescopios terrestres gemelos del Observatorio WM Keck. Estas observaciones no solo mostraron nubes en las latitudes medias y altas del norte de Titán (el hemisferio donde actualmente es verano), sino que también mostraron que dichas nubes aparentemente se elevan a mayores altitudes con el tiempo. Si bien estudios previos han observado convección de nubes en latitudes meridionales, esta es la primera vez que se observa evidencia de dicha convección en el norte. Esto es 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. Su superficie total es similar a la de los Grandes Lagos de Norteamérica.
En la Tierra, la capa más baja de la atmósfera, o troposfera, se extiende hasta una altitud de aproximadamente 12 kilómetros (7 millas). Sin embargo, en Titán, cuya menor gravedad permite la expansión de las capas atmosféricas, la troposfera se extiende hasta unos 45 kilómetros (27 millas). Webb y Keck utilizaron diferentes filtros infrarrojos para explorar diferentes profundidades en la atmósfera de Titán, lo que permitió a los astrónomos estimar la altitud de las nubes. El equipo científico observó nubes que parecían desplazarse a mayor altitud a lo largo de varios días, aunque no pudieron observar directamente la precipitación.
La química de Titán
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| Esta infografía de cuatro paneles demuestra un proceso químico clave que se cree que ocurre en la atmósfera de la luna Titán de Saturno. 1) Titán tiene una atmósfera espesa de nitrógeno (N 2 ) que también contiene metano (CH 4 ). 2) Las moléculas conocidas como radicales metilo (CH 3 ) se forman cuando el metano se descompone por la luz solar o los electrones energéticos de la magnetosfera de Saturno. 3) Luego se recombina con otras moléculas o consigo mismo para formar sustancias como el etano (C 2 H 6 ). 4) El metano, el etano y otras moléculas se condensan y caen como lluvia de la atmósfera, formando lagos y mares en la superficie de Titán. El telescopio espacial James Webb de la NASA detectó el radical metilo en Titán por primera vez, lo que proporcionó una pieza clave que faltaba para nuestra comprensión de los procesos químicos de Titán. Créditos: Obra de arte: NASA, ESA, CSA, Elizabeth Wheatley (STScI) |
El ingrediente básico que impulsa gran parte de la química de Titán es el metano, o CH₄. En la atmósfera de Titán , el metano se descompone por la luz solar o los electrones energéticos de la magnetosfera de Saturno, y luego se recombina con otras moléculas para formar sustancias como el etano (C₂H₄ ) junto con moléculas más complejas que contienen carbono.
Los datos de Webb aportaron una pieza clave que faltaba para comprender los procesos químicos: la detección definitiva del radical metilo CH₃ . Esta molécula (denominada "radical" porque tiene un electrón "libre" que no forma parte de un enlace químico) se forma al descomponerse el metano. Detectar esta sustancia permite a los científicos observar la química en acción en Titán por primera vez, en lugar de solo los ingredientes iniciales y los productos finales.
"Por primera vez podemos ver el pastel químico mientras sube en el horno, en lugar de solo los ingredientes iniciales de harina y azúcar, y luego el pastel final glaseado", dijo la coautora Stefanie Milam del Centro de Vuelo Espacial Goddard.
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 descompone en la atmósfera superior, una parte se recombina para formar otras moléculas que finalmente llegan a la superficie de Titán en una u otra forma química, mientras que parte del hidrógeno escapa de la atmósfera. Como resultado, el metano se agotará con el tiempo, a menos que exista una fuente que lo reponga.
Un proceso similar ocurrió en Marte, donde las moléculas de agua se desintegraron y el hidrógeno resultante se perdió en el espacio. El resultado fue el planeta árido y desértico que vemos hoy.
En Titán, el metano es un consumible. Es posible que se esté reabasteciendo constantemente y que esté emanando efervescentemente de la corteza y el interior durante miles de millones de años. De lo contrario, con el tiempo desaparecerá por completo y Titán se convertirá en un mundo prácticamente sin aire, de polvo y dunas —dijo Nixon—.
Complementando la Misión Libélula
La misión Dragonfly de la NASA, un helicóptero robótico programado para aterrizar en la luna de Saturno en 2034, investigará más misterios de Titán. Con múltiples vuelos, Dragonfly explorará diversos lugares. Sus investigaciones exhaustivas complementarán la perspectiva global de Webb.
"Al combinar todos estos recursos, incluido Webb, el telescopio espacial Hubble de la NASA y los observatorios terrestres, mantenemos la continuidad entre la antigua misión Cassini/Huygens a Saturno y la próxima misión Dragonfly", agregó Heidi Hammel, vicepresidenta de la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía y científica interdisciplinaria de Webb.
Estos datos se obtuvieron como parte del programa de Observaciones de Tiempo Garantizado de Hammel para estudiar el sistema solar. Los resultados se publicaron en la revista Nature Astronomy .
El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo. El Webb resuelve misterios en nuestro sistema solar, observando mundos distantes alrededor de otras estrellas e investigando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. El Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
Para obtener más información sobre Webb, visite:
Contacto con los medios
Instituto Científico del Telescopio Espacial Christine Pulliam , Baltimore
Ciencia
Conor Nixon (NASA-GSFC), Heidi Hammel (AURA)
Enlaces y documentos relacionados
- El artículo científico de C. Nixon et al.
- Comunicado de prensa de la Agencia Espacial Europea
- Comunicado de prensa de los Observatorios WM Keck
Publicado en NASA-Webb el 14 de mayo del 2025, enlace publicación.
