Titán - una luna donde llueve gas natural

En el post de hoy vamos a dejar no solo a la Península Ibérica y Europa, sino a toda la planeta Tierra: nos desplazamos a las periferias de nuestro sistema solar, concretamente a Titán, el más grande de las lunas de Saturno. Pero antes de contemplar a la panorama concreta en ese lugar peculiar creo que debo adelantar el porque de un salto tan extraño, ya que pueda parecer una disparatada cascar un tema así en un blog aparentemente dedicado a la historia y a las artes.

Además de aliviar el sufrimiento humano (con más o menos éxito...) y alimentar a la tecnología (teniendo más o menos sentido...) las ciencias naturales tienen también un fin menos tangible pero muy usado y abusado, a menudo sin que nos demos cuenta: sirven como una cantera gigantesca de metáforas, un generador de ideas e imágenes que pueden utilizarse en una amplia gama de actividades en la sociedad desde la manipulación política y empresarial hasta la poesía. Así que el astro aparece en Upstream Sight también en calidad de metáfora, al final del post volveré a sugerencias para usos como tal... pero ¡vamos ya al grano!

En la primera imagen tenemos la pinta que Titán tiene desde la Tierra. Lo grande es Saturno con sus anillos; en la parte de arriba se ve pasar a la luna como un circulito naranja mas su sombra proyectada a la planeta. La foto está tomada por el telescopio espacial Hubble que circula en orbita alrededor de la Tierra, pero comparado con el resto de los imágenes en el post es prácticamente como si lo viéramos desde el superficie nuestro, es "solamente" de mejor calidad.

Primera vez que ha sido observada desde aquí ha sido en el año 1655 por Christian Huygens como recompensa inmediata por haber mejorado el pulido de los lentes en su telescopio.

Por cierto merece la pena echar un vistazo al biografía de este personaje de la Haya que ha estado en contacto personal con Descartes, Newton y Pascal; y trabajado entre otras cosas con la naturaleza de la luz y mejorado la medición del tiempo.

foto 1. Saturno con Titán (y otras lunas más pequeñas) pasando delante, el 24 de febrero 2009. © NASA, ESA, y Hubble Herritage Team. Fuente aquí.

En el año 1980 la sonda Voyager 1 nos ha tomado una foto de Titán de cerca cuando pasaba por allí, pero en esa foto solo se ve una neblina naranja densa cubriendo a toda la luna, nada de detalles de la superficie. Para el boom de información respeto al astro tenemos que esperar hasta el siglo XXI.

La misión que nos acercó a Saturno y a Titán
La misión Cassini-Huygens es un proyecto común entre la Agencia Espacial Norteamericana (NASA) y la Europea (ESA); el primero siendo responsable por Cassini, digamos la nave madre, el segundo por la sonda Huygens (nombrado en honor del antedicho genio neerlandés) llevado en el interior del Cassini y soltado para que se caiga en Titán. La colaboración ha sido un éxito rotundo, las dos naves han cumplido con su deber de manera sobresaliente.

Cassini con Huygens dentro se ha lanzado en 1997 desde Florida, y llego a insertarse en la orbita alrededor del Saturno siete años más tarde, tras viajar una distancia correspondiendo a 10 veces lo que hay entre la Tierra y el Sol. Poco después de su llegada soltó a Huygens y desde entonces allí tenemos a Cassini circulando con sus instrumentos y enviando información todos los días a la Tierra sobre Saturno, sus anillos y sus lunas.

Resumiendo las fechas:

• Lanzamiento de la nave espacial Cassini-Huygens: octubre 1997
• Llegada a la orbita alrededor de Saturno: junio 2004
• Cassini suelta a Huygens: 24 de diciembre 2004
• Huygens descendiendo en Titán: 14 de enero 2005
• Cassini sigue orbitando alrededor de Saturno haciendo fotos y mediciones; la misión está actualmente prolongado hasta 2017
  

Más allá del fetichismo comprensible que rodea eventos singulares, las fechas son interesantes por una razón concreta: marcan un antes y un después para tener en mente leyendo cualquier artículo sobre el tema; los artículos/libros de antes tienen ideas/modelos basados en suposiciones; los de poco después ya en datos observados; y con el paso de los años los datos se van más y mas consolidando.

Durante su caída en la atmósfera de Titán los instrumentos de Huygens iban analizando directamente la composición del medio y haciendo fotos de la superficie según iba acercándose.

Luego durante todos estos años pasados Cassini ha sobrevolado Titán más de 60 veces desde diferentes ángulos, sacando imágenes de la superficie con radar, ya que recordemos que la densa neblina naranja no deja hacer fotos con luz visible.
Gracias a los muchos datos de Huygens y Cassini enviados a la tierra tenemos ahora algunas certidumbres sobre la luna enorme de Saturno, y muchísimas preguntas abiertas, que son en el fondo el motor de la ciencia.

foto 2 Titán al lado de Saturno, fotografiado por la nave espacial Cassini © NASA/JPL/Space Science Institute

Certidumbres sobre la meteorología de Titán
En Titán hace frío, muchísimo frío... cosa lógica si recordamos lo lejos que está del sol. Estamos hablando de temperaturas alrededor de los 160 grados Celsius bajo cero; para comparación las temperaturas más extremamente bajas jamás registrados en la Tierra son alrededor de 90 grados bajo cero.
Otra cosa que sabemos seguro es el constituyente principal de la atmósfera: es de nitrógeno, igual que en la Tierra. Pero mientras los gases asociados aquí son oxigeno, vapor de agua y CO2, lo importante en Titán es el metano, una molécula con un átomo de Carbón en el centro rodeado de cuatro átomos de Hidrogeno. En breve volveremos a este sustancia.
Luego tenemos también constancia de una serie de diferentes capas alrededor de la luna (foto 7.); sin embargo lo que ocurre exactamente en estas capas es ya bastante incierto. Lo mismo respeto al color naranja de la neblina; probablemente son aerosoles, es decir gotitas de "cosas" (=moléculas grandes) que "se van formando" allí.
Sabemos que hay vientos: lo ha medido Huygens durante el descenso y suponemos que es la fuerza que ha formado las dunas de arena que el radar de Cassini muestra en las regiones ecuatoriales (foto 6.).
Y sabemos casi seguramente que hay lluvias; lluvias torrenciales que dejan canales al caer y fluír; pero ese liquido que cae no es agua...

Sólido - Liquido - Gaseoso
Mi deseo es que cualquier persona pueda seguir los posts de este blog. Los que ya tienen en su mochila algo de formación de ciencias pueden perfectamente saltar al capitulo siguiente; a los que no tienen nada de lo mismo recomiendo que lean este capítulo para poder disfrutar a tope lo que viene después; prometo que un ligero esfuerzo se recompensara con un alto gozo intelectual.

Todos conocemos los tres posibles estados del agua: Lo que sale del grifo en la cocina es líquido, igual que las gotas de lluvia que acaba en los ríos, lagos y mares. Cociéndolo, es decir calentándolo a 100 grados se evapora a golpe: el agua se convierte en vapor (=un gas). Pero el agua también evapora en temperatura de ambiente, solo que así más lentamente; pensémonos en la ropa mojada que se seca en la cuerda del patio, o la formación de nubes a base de evaporación de los océanos.
Luego si la temperatura baja a menos de cero grados Celsius (en el congelador o fuera en el invierno) el agua se congela a hielo o nieve (=estado sólido).

Igual que el agua, la mayoría de las otras sustancias también pueden tener estado sólido, liquido o gaseoso, sin embargo para conseguir estos cambios, en muchos casos hay que subir o bajar la temperatura (o la presión) dramáticamente.

Por ejemplo para convertir un pedazo de hierro en hierro líquido tenemos que calentarlo a 1600 grados, para que sea hierro gaseoso a 2800 grados C. Para convertir el oxigeno del aire en oxigeno liquido tenemos que bajar a -183 grados C (o incrementar muchísimo la presión).
Nada de eso ocurre ni en casa ni en el campo, o sea la mayoría de las materiales tienen UNA apariencia que percibimos como "único", simplemente porque normalmente no les vemos cambiar de estado. (Salvo si trabajamos en un laboratorio o en la industria correspondiente.)

De cierto modo "lo raro" es que al agua sí que todos conocemos en sus tres diferentes estados; digamos es una especie de coincidencia que las condiciones en la Tierra favorecen agua en cualquiera de sus estados simultáneamente.

foto 3. Titán detrás de los anillos de Saturno. © NASA/JPL/Space Science Institute. fuente aquí.

Titán, la luna naranja en el fondo tiene 5,150 kilómetros de diámetro. El astro pequeño encima de los anillos es la luna llamada Epimetheus, con un diámetro de 116 Km. La camera (en la nave espacial Cassini) se sitúa a aprox 1.8 millones de Km. del primero y 667,000 km del segundo.

La zona negra dentro del anillo es alrededor de 350 Km. de ancho.

Los colores de la foto son artificiales, pero se intentan aproximar a lo que se verían con los ojos humanas.

El Metano
Antes de volver al Titán, tenemos que hablar sobre la sustancia metano. Se trata del componente principal del gas natural, lo que se quema para calentar la casa o la cena. Bajo condiciones "normales", es decir temperatura y presión en nuestro salón o cocina, el metano es un gas, igual que el oxigeno y el nitrógeno en el aire. Pero como vimos antes es una cuestión de bajar la temperatura (o subir la presión) suficientemente para que tengamos metano liquido, y siguiendo la bajada, metano sólido. Estos dos cambios ocurren alrededor de -160 y -180 grados Celsius respectivamente.

foto 4. Huellas de ríos de metano (?) en Titán. © NASA/JPL/ESA/University of Arizona. Foto tomado por la sonda Huygens durante su descenso el 21 de enero 2005. fuente aquí.

En el superficie/la atmósfera de Titán hay mucho metano y las condiciones (temperaturas y presiones) permiten la presencia de este sustancia en sus tres estados. Como hemos dicho hace muchísimo frío, en el superficie de la luna el agua es (casi) siempre congelada, sin embargo hace justamente "alrededor de tanto frío" que el metano puede estar como gas, condensar a nubes y llover o nevar como lluvia o nieve de metano; al caer se forman ríos (foto 4.) y lagos de lo mismo. El metano líquido en la superficie luego se evapora, salvo en los polos del astro, donde hace lo suficientemente frío para que se queden como lagos permanentes (foto 5.).

En resumen se ha establecido un ciclo meteorológico en Titán análogo al que tenemos en la Tierra, solo que a base de metano en lugar del agua.

foto 5. Lagos de metano liquido (?) en Titán. © NASA/JPL/Space Science Institute. Imagen creada de datos del radar durante un sobrevuelo de Cassini el 22 de julio 2006. fuente aquí.

hay más temas "surrealistas"
Los temas del post se han girado sobre todo alrededor de la meteorología y superficie de Titán, me gustaría ahora señalar brevemente hacia otros dos temas igual de emocionantes.

Hablando sobre el viento y las dunas (foto 6.) hemos mencionado la palabra "arena". Con esta palabra se esta pensando aquí en granos diminutos de algo, que puede estar llevado por el viento y amontonarse en dunas, es decir formaciones parecidas a las dunas de arena en la tierra en fotos aéreas.
Sin embargo ¡no sabemos exactamente de que están hechos las partículas esas en Titán!
Una teoría sugerente es que son hidrocarburos complejos, formados en los aerosoles de la alta atmósfera a partir del carbono en el metano y luego caen con la lluvia; Hay buenos indicios a que procesos así tienen lugar.

Dicho de otro modo es probable que sean granos de sustancias orgánicas que vuelan en el viento del astro.

Foto 6. Dunas ordenadas en la superficie de Titán, indicando vientos locales con predominancia de una dirección concreta. La parte de abajo no tiene dunas, esto es la superficie típica de la mayor parte de la luna. Imagen de radar tomado por Cassini sobrevolando el 21 diciembre 2008. La area es 220 x 170 km. © NASA/JPL-Caltech/ASI/Space Science Institute. Fuente aquí. Otro imagen de radar con dunas: aquí.

La segunda curiosidad es respeto al interior.
Los instrumentos de Cassini han medido cambios en el periodo rotacional de la luna que no están harmonizados con los ciclos de la rotación alrededor de Saturno. El modelo actual para explicar estos movimientos "raros" es con la existencia de un océano interior, es decir imaginando una capa de un liquido (aprox. 200 kilómetros de profundo) que desconecta la corteza dura de un núcleo también sólido.
La composición hipotética de tal océano interior sería una mezcla de agua con amoniaco que actúa como anticongelante. Una mezcla así se quedaría liquido bien por debajo de los 0 grados Celsius; manteniéndose así en el interior, pero se congelaría en el superficie.
Esta idea cuaja también con la observación de estructuras que parecen volcanes: montañas que en uno de los lados tienen algo que parece un especie de "lava", es decir algo cuyo borde con "dedos" indica un pasado viscoso, y se ha puesto duro fluyendo hacia abajo. Se supone que es el líquido de agua con amoniaco procediendo del océano interior que ha subido aquí al superficie y quedado congelado en el ambiente exterior más frío.

Los más fantasiosos combinan la idea de las moléculas orgánicas en la superficie con el agua liquido en el calor relativo del interior y se imaginan que podrían existir círculos bioquímicos sencillos, es decir un especie de proto-vida que quizás podría servir para modelar aspectos del surgimiento de la vida en la Tierra.

foto 7. Múltiples capas en la alta atmósfera de Titán. Imagen de Cassini. © NASA/JPL/Space Science Institute. Fuente aquí.

Titán como metáfora
Fenómenos del mundo material condicionan inevitablemente el lenguaje y los conceptos del mundo digamos "más abstracto". Un ejemplo sencillo es el de "la luz" como símbolo de "lo bueno", "conocimientos", "intervención de lo absoluto" y significados emparentados. Otro ejemplo es el de las direcciones "arriba/alto" y "abajo/bajo" como metáforas de "deseable" y "rechazable" respectivamente.
El la línea de este tipo de pensamiento creo que la existencia de un lugar como Titán puede servir en una meditación sobre "el hecho de la existencia de otros mundos" - material luego abstracto... me explico:
La materia en tanto la Tierra como en Titán es lo mismo (compuesta de átomos, moléculas etc.), igual que las leyes físicas (movimiento, gravedad, cambios de estados con el cambio de temperatura y presión, etc.)
Con estos mismos elementos y reglas básicas se ha construido un mundo de cierto modo climáticamente análogo con vientos, nubes, lluvia, ríos, lagos y volcanes.
Sin embargo hace 100-200 grados más frío que en la Tierra, por lo que todos estos fenómenos análogos en gran escala se desarrollan con otros materias subyacentes: lluvia y ríos de metano en lugar de agua; una mezcla de agua con amoniaco para producir "lava fría" etc.
En caso de comprender culturas lejanas de lo nuestro en espacio y/o tiempo también hay constantes que unen a los hombres, como p.ej: necesidades biológicas, deseo de conservar algunas cosas y mejorar otras; necesidad de relacionarse con otros individuos y con lo absoluto, , etc. Luego todo esto va a tener formas de expresión muy diferente: los platos serán diferentes, también los vestidos, las casas y las formas de organizar la sociedad; por no hablar de diferencias en concepción de lo divino. Probablemente lo nuestro nos resulta siempre más familiar, por lo tanto "mejor" para nosotros, pero tenemos que digerir la existencia legítima de posibles "mundos paralelos".

Literatura:

* Luisa M. Lara: Titán; CSIC/Catarata 2010. - Una introducción relativamente amena al tema en castellano.

* Cassini Solstice Mission - detalles técnicos sobre el estado actual de la misión con la pedagogía americana ejemplar.

* Imágenes de Titán (NASA)

* Lista de publicaciones científicas relacionados con Saturno, sus anillos y sus lunas (página Web de ESA)