Un nuevo proyecto trata de reproducir la superficie de la luna Titán para aprender más acerca de sus lagos de hidrocarburos. Este estudio también podría contarnos acerca de la química que condujo al origen de la vida en la Tierra primitiva.
Esta imagen de la Cassini muestra Kraken Mare, un enorme lago de hidrocarburos líquidos cerca del polo norte de Titán. Crédito: NASA / JPL / Space Science Institute.
El reciente descubrimiento de lagos en Titán, la luna de Saturno, convierten a ese satélite en el único objeto del sistema solar conocido por tener líquido en su superficie. Sin embargo, bañados a 179°C bajo cero, estos lagos no están, definitivamente, llenos de agua.
"El agua congelada en Titán es tan sólida que se puede comparar a las rocas de silicato de la Tierra", dice Vincent Chevrier, de la Universidad de Arkansas.
A juzgar por las observaciones de la sonda espacial Cassini-Huygens, el líquido en Titán es probable que sea un cóctel de hidrocarburos, en su mayoría de metano y etano. La proporción exacta es incierta porque los científicos tienen poca información sobre cómo se comportan estas sustancias a temperaturas tan bajas.
"Nunca hubo antes mucho interés en las propiedades de sólidos y líquidos de metano y etano, ya que ellos son, normalmente, los gases en la superficie de la Tierra", dice Chevrier.
Pero todo eso cambió, el "activo líquido" de Titán conduce procesos geológicos y químicos que pueden confundirse con los de nuestro propio planeta. Para comprender mejor esto, Chevrier y sus colegas han recibido financiación de la NASA para recrear la superficie de Titán en un laboratorio.
País de lagos
Un lago plano y calmo de metano-etano líquido en Titán, representado por el concepto de este artista. Crédito: Copyright 2008 Karl Kofoed.
Gracias a los mapas de radar tomados por la sonda Cassini, sabemos que las regiones polares de Titán están salpicadas de numerosos lagos. Algunos de estos son tan grandes como los Grandes Lagos en los Estados Unidos.
Los científicos no están seguros del origen de estas grandes masas de hidrocarburos. Una posibilidad es que la lluvia de metano y la posible nieve de etano, conduzcan un "ciclo hidrológico", que finalmente desemboca en los lagos.
Alternativamente, Titán podría tener grandes reservas subterráneas de líquido, y los lagos son el resultado de cráteres de impacto suficientemente profundos como para exponer a esta sub-superficie del océano.
Ha sido difícil descartar cualquiera de estas hipótesis, en parte porque el proceso de evaporación de los lagos de hidrocarburos en el medio ambiente de Titán es poco conocida. Si los investigadores pudieran saber qué tan rápido los lagos están desapareciendo, tendrían una mejor idea de lo que los hace aparecer.
Algunos de los lagos en Titán son tan grandes como los de la Tierra. Crédito: NASA / JPL / USGS.
"Las tasas de intercambio de hidrocarburos por vía de temporada y potencialmente por los largos ciclos climáticos en Titán son un objetivo importante de la investigación actual", dice Oded Aharonson del Instituto de Tecnología de California, que no está involucrada con este nuevo proyecto.
Mini-lagos
Por su parte, el equipo de Chevrier medirá las tasas de evaporación de metano y etano en una cámara de simulación de Titán. Para imitar la atmósfera de la luna, un cilindro de acero de 2 metros de altura contendrá gas nitrógeno ultra-frío a una presión alrededor de 50% más alta que en la Tierra.
En la concepción de este artista, la lluvia de metano en Titán se muestra desembocando en los barrancos que eventualmente llenan muchos lagos de la luna. Crédito: NASA / JPL.
El grupo de Chevrier introducirá pequeñas cantidades de metano o etano en la cámara. Por debajo de unos 95 grados Kelvin (-178 grados Celsius), los hidrocarburos gaseosos se condensan en "mini-lagos" de aproximadamente 1 centímetro de profundidad en la parte inferior del cilindro. Los investigadores entonces aumentarán la temperatura ligeramente y registrarán la tasa de evaporación.
Se supone que el etano (cuyas moléculas son más pesadas que el metano) tendrá una tasa de evaporación más lenta, pero se desconoce cual pueda ser su magnitud. Es aún menos claro lo que sucede cuando el metano y el etano se mezclan, junto con el gas nitrógeno, en la disolución de la atmósfera de la parte superior.
"Es muy probable que los lagos estén hechos de una mezcla compleja de etano, metano y nitrógeno", dice Chevrier. "Vamos a estudiar el comportamiento de los compuestos puros y luego las mezclas."
El equipo también tiene previsto estudiar la posibilidad de otras mezclas de compuestos orgánicos con el caldo de Titán y que tal vez frenen la evaporación.
Análoga en la Tierra
Dentro de esta cámara de simulación de Titán en el laboratorio de Chevrier, las muestras de metano y etano se condensan en líquido en torno a los -178 grados Celsius. Crédito: V. Chevrier.
La determinación de las tasas de evaporación en Titán no sólo ayudarán a resolver los procesos geológicos que formaron los lagos, sino que también proporcionarán alguna información necesaria acerca de la química atmosférica.
Titán es la única luna en nuestro sistema solar con una atmósfera sustancial. Su superficie está totalmente oculta por una neblina de color naranja compuesto de moléculas orgánicas complejas (llamadas tolinas), que se forman cuando el metano es destruido por la luz ultravioleta del sol.
Este mismo tipo de química orgánica puede haber estado presente en la base biológica de la Tierra hace miles de millones de años atrás.
"Titán muestra cómo se pueden tener reacciones orgánicas sin vida", dice Chevrier. Este tipo de reacciones de química orgánica puede haber proporcionado los primeros pasos necesarios hacia el origen de la vida en la Tierra.
En Titán, debido a que las reacciones orgánicas en la atmósfera abastecidas de combustible por metano terminan destruyendo las moléculas de metano, para mantener las reacciones operando se necesita una fuente constante de metano gaseoso. La evaporación de los lagos de metano de Titán puede ser una de esas fuentes, y los datos de Chevrier deberían ayudar a decir si es suficiente.
"La superficie de Titán es rica en características geológicas similares a las encontradas en la Tierra, pero sobre la base de diferentes materiales," dice Christophe Sotin del Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena. "Así que cualquier experimento de laboratorio que pueda reproducir las condiciones de Titán y dar algunas piezas de la información de los procesos que pueden suceder en esta luna es importante".
Esta imagen de la Cassini muestra Kraken Mare, un enorme lago de hidrocarburos líquidos cerca del polo norte de Titán. Crédito: NASA / JPL / Space Science Institute.El reciente descubrimiento de lagos en Titán, la luna de Saturno, convierten a ese satélite en el único objeto del sistema solar conocido por tener líquido en su superficie. Sin embargo, bañados a 179°C bajo cero, estos lagos no están, definitivamente, llenos de agua.
"El agua congelada en Titán es tan sólida que se puede comparar a las rocas de silicato de la Tierra", dice Vincent Chevrier, de la Universidad de Arkansas.
A juzgar por las observaciones de la sonda espacial Cassini-Huygens, el líquido en Titán es probable que sea un cóctel de hidrocarburos, en su mayoría de metano y etano. La proporción exacta es incierta porque los científicos tienen poca información sobre cómo se comportan estas sustancias a temperaturas tan bajas.
"Nunca hubo antes mucho interés en las propiedades de sólidos y líquidos de metano y etano, ya que ellos son, normalmente, los gases en la superficie de la Tierra", dice Chevrier.
Pero todo eso cambió, el "activo líquido" de Titán conduce procesos geológicos y químicos que pueden confundirse con los de nuestro propio planeta. Para comprender mejor esto, Chevrier y sus colegas han recibido financiación de la NASA para recrear la superficie de Titán en un laboratorio.
País de lagos
Un lago plano y calmo de metano-etano líquido en Titán, representado por el concepto de este artista. Crédito: Copyright 2008 Karl Kofoed.Gracias a los mapas de radar tomados por la sonda Cassini, sabemos que las regiones polares de Titán están salpicadas de numerosos lagos. Algunos de estos son tan grandes como los Grandes Lagos en los Estados Unidos.
Los científicos no están seguros del origen de estas grandes masas de hidrocarburos. Una posibilidad es que la lluvia de metano y la posible nieve de etano, conduzcan un "ciclo hidrológico", que finalmente desemboca en los lagos.
Alternativamente, Titán podría tener grandes reservas subterráneas de líquido, y los lagos son el resultado de cráteres de impacto suficientemente profundos como para exponer a esta sub-superficie del océano.
Ha sido difícil descartar cualquiera de estas hipótesis, en parte porque el proceso de evaporación de los lagos de hidrocarburos en el medio ambiente de Titán es poco conocida. Si los investigadores pudieran saber qué tan rápido los lagos están desapareciendo, tendrían una mejor idea de lo que los hace aparecer.
Algunos de los lagos en Titán son tan grandes como los de la Tierra. Crédito: NASA / JPL / USGS."Las tasas de intercambio de hidrocarburos por vía de temporada y potencialmente por los largos ciclos climáticos en Titán son un objetivo importante de la investigación actual", dice Oded Aharonson del Instituto de Tecnología de California, que no está involucrada con este nuevo proyecto.
Mini-lagos
Por su parte, el equipo de Chevrier medirá las tasas de evaporación de metano y etano en una cámara de simulación de Titán. Para imitar la atmósfera de la luna, un cilindro de acero de 2 metros de altura contendrá gas nitrógeno ultra-frío a una presión alrededor de 50% más alta que en la Tierra.
En la concepción de este artista, la lluvia de metano en Titán se muestra desembocando en los barrancos que eventualmente llenan muchos lagos de la luna. Crédito: NASA / JPL. El grupo de Chevrier introducirá pequeñas cantidades de metano o etano en la cámara. Por debajo de unos 95 grados Kelvin (-178 grados Celsius), los hidrocarburos gaseosos se condensan en "mini-lagos" de aproximadamente 1 centímetro de profundidad en la parte inferior del cilindro. Los investigadores entonces aumentarán la temperatura ligeramente y registrarán la tasa de evaporación.
Se supone que el etano (cuyas moléculas son más pesadas que el metano) tendrá una tasa de evaporación más lenta, pero se desconoce cual pueda ser su magnitud. Es aún menos claro lo que sucede cuando el metano y el etano se mezclan, junto con el gas nitrógeno, en la disolución de la atmósfera de la parte superior.
"Es muy probable que los lagos estén hechos de una mezcla compleja de etano, metano y nitrógeno", dice Chevrier. "Vamos a estudiar el comportamiento de los compuestos puros y luego las mezclas."
El equipo también tiene previsto estudiar la posibilidad de otras mezclas de compuestos orgánicos con el caldo de Titán y que tal vez frenen la evaporación.
Análoga en la Tierra
Dentro de esta cámara de simulación de Titán en el laboratorio de Chevrier, las muestras de metano y etano se condensan en líquido en torno a los -178 grados Celsius. Crédito: V. Chevrier.La determinación de las tasas de evaporación en Titán no sólo ayudarán a resolver los procesos geológicos que formaron los lagos, sino que también proporcionarán alguna información necesaria acerca de la química atmosférica.
Titán es la única luna en nuestro sistema solar con una atmósfera sustancial. Su superficie está totalmente oculta por una neblina de color naranja compuesto de moléculas orgánicas complejas (llamadas tolinas), que se forman cuando el metano es destruido por la luz ultravioleta del sol.
Este mismo tipo de química orgánica puede haber estado presente en la base biológica de la Tierra hace miles de millones de años atrás.
"Titán muestra cómo se pueden tener reacciones orgánicas sin vida", dice Chevrier. Este tipo de reacciones de química orgánica puede haber proporcionado los primeros pasos necesarios hacia el origen de la vida en la Tierra.
En Titán, debido a que las reacciones orgánicas en la atmósfera abastecidas de combustible por metano terminan destruyendo las moléculas de metano, para mantener las reacciones operando se necesita una fuente constante de metano gaseoso. La evaporación de los lagos de metano de Titán puede ser una de esas fuentes, y los datos de Chevrier deberían ayudar a decir si es suficiente.
"La superficie de Titán es rica en características geológicas similares a las encontradas en la Tierra, pero sobre la base de diferentes materiales," dice Christophe Sotin del Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena. "Así que cualquier experimento de laboratorio que pueda reproducir las condiciones de Titán y dar algunas piezas de la información de los procesos que pueden suceder en esta luna es importante".
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