El curioso caso de las nubes ausentes de Titán

Dos instrumentos observando una región en Titán: Un instrumento veía nubes, el otro no. ¿Qué es lo que está pasando?

 

Una visión global espectacular de la luna nubosa de Saturno, Titán. Titán es el único cuerpo en el Sistema Solar aparte de la Tierra, con un ciclo líquido entre la lluvia y los líquidos estables en su superficie. Crédito: NASA / JPL.
En esta época del año, muchos niños en todo el mundo están con su  rostro en las ventanas, esperando el tintineo delator del trineo de Santa Claus. Al igual que estos jóvenes expectantes, los científicos que estudian la luna Titán de Saturno, también están esperando ansiosamente un presente que esperan que llegue pronto.
Sus deseos de vacaciones?  Detectar las nubes de tormenta cerca del polo norte de esa luna. Cada pocos días, cuando la nave espacial Cassini envía una nueva imagen del hemisferio norte de Titán, el equipo comprueba con impaciencia las características atmosféricas.
Todos los modelos dicen que las nubes de tormenta deberían haber aparecido antes, explicó Elizabeth Turtle, una Científica Planetaria del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland. “Se ha convertido en este juego de espera divertida: Cuando conseguimos imágenes, miramos y nos preguntamos  “¿hay nubes? ‘”.
Las nubes de la confusión
El estudio de las nubes de Titán ayuda a los científicos a entender mejor no sólo su ambiente, sino también el de la Tierra. Titán es el único otro cuerpo en el Sistema Solar con un ciclo  líquido parecido al de la Tierra entre la lluvia y las características estables líquidas de la superficie (ríos y lagos) , lo que lo hace como un análogo natural de la Tierra.
En lugar de un ciclo de agua, Titán tiene un ciclo de metano . La temperatura media de la luna oscila alrededor de los 94 K (en comparación, el punto de congelación del agua en los 273 K). El metano se condensa en lo alto en el cielo de Titán formando  nubes, luego llueve como un líquido sobre la superficie helada, erosiona la superficie de hielo  formando lagos y ríos, y se evapora de nuevo a la atmósfera.
Y debido a que Titan gira sobre un eje inclinado,de forma similar a lo que sucede en la Tierra, las estaciones afectan la atmósfera de una manera similar. Durante el verano, uno de los polos está siempre iluminado por el Sol, y el otro polo está siempre oscuro. Las temperaturas cálidas en el hemisferio  iluminado por el Sol dan lugar a la formación de células convectivas de tormenta, al igual que como se forman las tormentas de verano en la Tierra.

La cámara del ISS de Cassini vio nubes en el hemisferio norte de Titán en Octubre del 2016. A pesar de que las pequeñas nubes han aparecido de vez en cuando en el hemisferio norte, los investigadores esperan la formación de grandes nubes de tormenta de verano, ya que sus modelos lo sugieren. Crédito: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.
Cuando la nave Cassini llegó a Saturno en el 2004, Titán estaba en medio de su mes de “Enero”: invierno en el hemisferio norte, verano  en el hemisferio sur. Como era de esperar, el equipo de Cassini vio un montón de tormentas de verano en el hemisferio sur.
El año de Titán tiene una duración de casi 30 años de la Tierra. En los últimos años de la Tierra, Titán ha cambiado de estación, y ahora está entrando en su mes de “Junio”, dijo Turtle. Desde que comenzó este cambio, los científicos que estudian Titán han estado esperando por las mismas tormentas de verano  que ahora deberían  formarse enlas  latitudes septentrionales.(Norte).
Pero esas tormentas, y sus nubes, nunca aparecieron en las imágenes examinadas por Turtle.
Hace seis meses, después de  que la cámara del Subsitema de Imágenes de Ciencia de Cassini (ISS: Imaging Science Subsystem) revelara otra vez un hemisferio  norte decepcionantemente sin tormentas,Turtle comenzó a pensar que tal vez sus modelos estaban equivocados. Pero entonces su colega Jason Barnes, que trabaja con el equipo del espectrómetro de mapeo en el visual e infrarrojo  (VIMS: Visual and Infrared Mapping Spectrometer) de la Cassini, envió un correo electrónico preguntando: “¿Qué le parecen  todas esas grandes nubes?”
Día nublado … o no?
“¿Qué nubes?”, Fue el primer pensamiento deTurtle. Ella examinó nuevamente sus imágenes  y pudo ver claramente todas las características de la superficie como lagos y ríos, ninguna  oscurecida por la presencia de nubes. Pero las imágenes del VIMS mostraron algo diferente: una amplia franja de brillantes nubes borrosas que oscurecen la misma superficie exacta cuyas  características Turtle pudo ver claramente a partir de los datos de la cámara ISS.

Región del hemisferio norte de Titán; la imagen está formada por las fotos de dos cámaras a bordo de la nave espacial Cassini y muestran que un instrumento puede ver las nubes mientras que el otro no . (Arriba) Una visión desde la cámara ISS, tomada el 8 de Junio del 2016, muestra cielos relativamente libres de nubes. (Parte inferior) Una imagen de la misma región, tomada un día antes por la cámara VIMS, muestra un gran campo claro (amarillo) de nubes. Crédito: NASA / JPL-Caltech / SSI / Univ. Arizona / Univ. Idaho
Con el instrumento ISS, que “ve” longitudes de onda de luz en el infrarrojo cercano entre 980 nanómetros y 1-2 micrómetros, “vemos una nube, una nube pequeña, quizás de 10 kilómetros de diámetro,” dijo Turtle. Con el instrumento VIMS, sin embargo, los científicos pueden ver a través del espectro visible y más lejos en el infrarrojo a longitudes de onda que se extienden hasta 5 micrómetros. Con esos datos, “se ve esta amplia extensión de nubes”, dijo.
“Nosotros ya estábamos tomando como algo personal el hecho de que las nubes no aparecían”, dijo Turtle con ligereza. “Y a continuación, para añadir sal a la herida, ahora sólo están apareciendo en algunas longitudes de onda, pero no en las demás?”
Parecía que un misterio de  la ciencia estaba en marcha.
Cirrus-ly extraños
Turtle presentó este rompecabezas , el 14 de Diciembre en la reunión de Otoño de la Unión Geofísica Americana en San Francisco, California. Lo que hizo que este misterio fuese especialmente extraño, explicó, era que si un instrumento podría no ver las nubes, ese debería haber sido el  VIMS. Esto se debe a que las pequeñas partículas de líquido, hielo (ya sean  de metano o de agua) y polvo que componen las nubes  dispersan las longitudes de onda cortas de la luz, por eso podemos ver nubes en la Tierra. Así VIMS, que ve en longitudes de onda más largas, debería ser capaz de penetrar derecho hasta la superficie de Titán.
En primer lugar, Turtle y su equipo confirmaron que los dos instrumentos tomaron fotografías de la misma localidad. A continuación, se preguntó si las nubes podrían estar flotando sobre un terreno relativamente brillante y si es por eso que el instrumento ISS no las veía. Pero ese no fue el caso, ya que las imágenes de la cámara ISS mostraron claramente los lagos y mares oscuros en los mismos lugares que VIMS vio nubes.
Por último, los investigadores tuvieron en cuenta la altitud, y en el equipo del VIMS corrieron modelos para determinar la posible altura de las nubes. Estos modelos revelaron que las nubes se cernían 40 kilómetros sobre la superficie de Titán, a la derecha en la parte superior de la troposfera. Estas nubes son probablemente muy finas y separadas, como los cirros de la Tierra.
Turtle hace la hipótesis de que la neblina atmosférica de Titán, formada por todo el metano en su atmósfera, podría ser lo suficientemente gruesa como para oscurecer los cirros a la visión de la ISS. Después de todo, “si hubiera  nubes altas en un día con smog en la Tierra, no serías capaz de verlas desde la superficie”, dijo Turtle.
Al ver claramente ahora
Las nubes altas  cirros son, por ahora, la mejor explicación que el  equipo de Cassini puede llegar a dar, y le dan  tarea a algunos estudiantes graduados para comenzar a “excavar” a través de los datos antiguos de la ISS y del VIMS para ver si este tipo de discrepancia alguna vez ha ocurrido antes. Mientras tanto, los investigadores todavía están a la caza de las células de tormenta de gran tamaño.
Misterios como éste son importantes, ya que alimentan el descubrimiento, explicó el miembro del equipo VIMS Robert Nelson, del Jet Propulsion Laboratory en Pasadena, California. “Tenemos dos instrumentos que miden lo mismo de diferente manera, y vemos algo diferente”  dijo. “Eso es emocionante porque cuando resolvemos las diferencias entre los instrumentos, aprendemos algo más sobre la física de lo que está pasando” en Titán.
Después de 125 sobrevuelos y más de 12 años, “el hecho de que Titán todavía nos pueda sorprender es bastante emocionante”, dijo Turtle.
Fuente: American Geophysical Union – Earth and Space Science News (AGU-Eos).     Artículo original: “The Curious Case of Titan Missing Clouds“, escrito por –JoAnna Wendel 
Cita: Wendel, J. (2016), El curioso caso de faltantes nubes de Titán, Eos, 97, doi: 10.1029 / 2016EO065511. Publicado el 23 de Diciembre del 2016.
Material relacionado:
Libros:
Videos: Documentales;  Charlas Públicas y Conferencias (Public Talks and Lectures).

Los comentarios están cerrados.