¿Qué esperan los científicos del sobrevuelo final de la nave Cassini a Titan ?. (Abril, 2017)

Cassini volará cerca de la luna más grande de Saturno por última vez. Aquí hacemos una mirada retrospectiva a lo que la nave ha revelado y hacia el futuro sobre lo que los científicos esperan ver  en ese sobrevuelo final de la luna.

Una imagen espectacular de la luna Titán de Saturno acompañada por su tercera luna más grande, Dione. La nave espacial Cassini capturó esta imagen de Titán utilizando su cámara de ángulo estrecho en el 2011, desde una distancia de alrededor de 2,3 millones de kilómetros.  Los científicos pronto dirán adiós a imágenes como ésta cuando la misión Cassini llegue a su fin en Septiembre  del 2017. Crédito: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute.

Desde que la nave espacial Cassini entró en órbita de Saturno en el 2004 y dejó caer una sonda en su luna más grande, Titán, los científicos han quedado cautivados. La superficie helada de Titán está salpicada de lagos y mares y su ecuador envuelto en un campo de dunas. Sus tormentas son inquietantemente similares a las de la  Tierra, y su atmósfera se hincha con la química prebiótica.

Sin embargo, en unos pocos meses, Cassini se evaporará en la atmósfera de Saturno, y los científicos  se despedirán de estudiar a Titán de cerca.

“Van a ser un muy emocionantes los próximos meses”, dijo Elizabeth “Zibi” Turtle, Científica Planetaria del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins (JHUAPL) en Laurel, Md.. Turtle, junto con otros 60 científicos dentro y fuera de la misión Cassini, se reunieron en el campus de Goddard de la NASA en Greenbelt, Md., a principios de Abril para el cuarto taller sobre”Titán a través del tiempo” .

Allí, los presentadores que estudian a Titán desde su interior  hasta la cima de su densa atmósfera nos recuerdan que antes de la desaparición de Cassini en Septiembre del 2017 , todavía hay un montón de diversión por venir.

El 22 de Abril, por ejemplo, pasará raspando Titan  y rozará su ionosfera a poco menos de 1000 kilómetros de distancia de su superficie. Este sobrevuelo, designado T-126 , será el último pasaje de Cassini cercano  a Titán. Después del 22 de Abril los sobrevuelos posteriores de Cassini a Titán ocurrirán a cientos de miles de kilómetros de distancia, mientras que orbita dentro y fuera de los anillos de Saturno.

En los últimos 13 años, “Titán pasó de ser un misterio, que es emocionante, a ser una frontera a explorar”, dijo Turtle. Con estas últimas imágenes de Titán, tanto de cerca como de lejos los científicos esperan ver el fondo de sus lagos, mejorar sus mapas del polo norte, e incluso detectar algunas nubes de tormenta.

Una Superficie extraña

No fue Cassini la que nos proporcionó las primeras imágenes  de Titán. Éstas procedían de las naves espaciales Voyager, que visitaron Saturno en 1980 y 1981. Sin embargo, las Voyager no pudiron ver  la superficie de Titán: esas imágnes sólo llegaron con Cassini y la efímera sonda de descenso Huygens .

 

Cassini obtuvo esta imagen de radar del Mar Shangri-La Arena en el 2016. La imagen contiene cientos de dunas de arena que parecen estar moviéndose de oeste a este. Las dunas cubren el 20% de la superficie de Titán y aparecen principalmente alrededor de su ecuador. Crédito: NASA / JPL-Caltech / ASI / Université Paris-Diderot.

Durante el cuarto sobrevuelo de Titán por Cassini en el 2005, su instrumento de radar reveló dunas barridas por el viento  alrededor del ecuador de Titán. Las dunas son emocionantes porque “pueden ser un marcador instantáneo del clima y el viento”, dijo Jani Radebaugh, un Científico Planetario de la Universidad Brigham Young en Provo, Utah. La forma de una duna puede, en la Tierra al menos, revelar en qué dirección sopla el viento.

Sin embargo, como con casi todas las cosas de Titán, incluso el descubrimiento de dunas plantea más preguntas. Actualmente, “la arena” se ve como moviéndose en una dirección, pero los modelos climáticos muestran que el viento sopla en una dirección diferente, dijo Radebaugh. Y cuando las observaciones y los modelos no coinciden, los científicos saben que deben buscar más pistas.

Las dunas no son la única característica inesperada que salpican al frío paisaje de Titán. Al principio de la misión, los científicos también descubrieron manchas oscuras de líquidos: lagos y mares. Gracias al espectrómetro infrarrojo de Cassini y otros instrumentos, los científicos saben que estas lagunas se llenan con metano líquido, etano y otros hidrocarburos más complejos, y posiblemente de nitrógeno .

Lo que es más, los científicos detectaron recientemente olas en la superficie de Punga Mare, un lago del norte, lo que les puede decir algo acerca de los vientos de Titán y si una futura misión de exploración submarina podría golpear la superficie líquida salpicando o no .

Grandes esperanzas para la T-126

Hasta ahora, sin embargo, el ángulo de los sobrevuelos de Titán no ha permitido que la nave espacial viese el fondo de los lagos más pequeños de Titán.

Los científicos esperan que T-126 va a cambiar eso, dijo Marco Mastrogiuseppe, un Ingeniero en Telecomunicaciones de la Universidad Sapienza de Roma. Durante el último sobrevuelo cercano, los científicos de Cassini tendrán como objetivo de su radar, a los lagos del norte para echar un vistazo a sus profundidades.

Un mosaico de lagos del polo norte de Titán y mares unidos entre sí a partir de imágenes de radar de Cassini desde el 2004 hasta el 2013. Los científicos tienen la esperanza de que el primer plano de sobrevuelo final, T-126, les ayudará a entender las características de los lechos de los lagos de Titán. Crédito: NASA / JPL-Caltech / ASI / USGS.

T-126 también podría ayudar a comprender los orígenes de los lagos, dijo Mastrogiuseppe. ¿Podrían formarse como los sumideros en la Tierra, donde la lluvia y el agua subterránea  disuelven la  roca desde arriba y abajo? O podría haber un origen tectónico, tal vez con brechas abriendo cuencas y el líquido corriendo? Los científicos también sospechan que podría haber una red subterránea que conecta los lagos y mares, pero todavía no están seguros.

Alejar el zoom para el cuadro grande

Incluso los sobrevuelos posteriores de Cassini lejanos a Titán, a cientos de miles de kilómetros de distancia, ayudarán a los científicos a entender mejor los lagos y mares, dijo Conor Nixon, un Científico Planetario del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y uno de los fundadores originales de los talleres, “Titan a través del tiempo”.

De cerca, el radar puede mostrar a los científicos pequeñas áreas en alta resolución cuando la nave espacial enfoca cerca, pero no puede obtener planos generales de toda la región. Imagínese que conduce a 100 kilómetros por hora  pasando frente a una casa y quiere tomar una foto. No hay mucho tiempo para obtener una imagen completa de la casa. Pero conduciendo a 100 kilómetros de distancia, tendría más tiempo para tomar varias imágenes, dijo Nixon.

Del mismo modo, durante los sobrevuelos lejanos, Cassini navegará sobre el polo norte de Titán y pasará horas capturando imágenes de radar de toda la región, dijo Nixon. Estas imágenes permitirán a los científicos mejorar sus mapas y observar los cambios a lo largo de las costas de los lagos y mares .

Una atmósfera activa

Turtle como  científica que trabaja con los instrumentos de teledetección de Cassini,  prefiere en realidad los sobrevuelos lejanos. La razón es que, desde más lejos, los instrumento de mapeo infrarrojo de la Cassini y la cámara de alta resolución también pueden capturar un perfil más completo de la atmósfera, dijo Turtle.

Y la atmósfera de Titán es un misterio. Titán es la única de las lunas grandes en el Sistema Solar envuelta en una atmósfera densa, y la sonda Huygens reveló que está dominada por el nitrógeno, al igual que la de la Tierra. Del mismo modo, Titan es el único otro cuerpo en el Sistema Solar con líquido sobre su superficie. Además, Titan cuenta con un ciclo líquido similar al ciclo hidrológico de la Tierra, aunque en el caso de Titán, es principalmente metano que se evapora,  condensa en la atmósfera, y luego precipita en tormentas de lluvia que erosionan y dan forma a la superficie.

Pero los científicos no tienen idea de cómo la atmósfera de Titán llegó allí o cómo  repone su nitrógeno y  metano, otro de los principales constituyentes de la atmósfera. Un hallazgo particularmente sorprendente de Cassini es la presencia de moléculas orgánicas complejas en la atmósfera superior, dijo Turtle.  Nadie esperaba ver anillos de benceno o cadenas largas complejas de hidrógeno y carbono.

Otro hallazgo sorprendente en la atmósfera superior de Titán es la presencia de iones pesados , dijo Sarah Horst, Química Atmosférica de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Md. Los Iones pesados son ingredientes clave en la química prebiótica, lo que significa que la atmósfera de Titán podría contener pistas sobre la química de la generación de la vida.

Una futura  ventana en los cielos de Titán

En Mayo, los científicos emplearán un sistema basado en la Tierra para ayudarles a observar la atmósfera de Titán. Nixon y su equipo han reservado un esapcio de tiempo para observar aTitán usando la Matriz  Atacama Large Millimeter / submilimétrico ( ALMA Observatory) en el desierto de Atacama, en el norte de Chile.

La observación de Mayo coincidirá con uno de los sobrevuelos lejanos más cercanos de  Cassini, dijo Nixon, y permitirá a los científicos buscar una gama más amplia de moléculas en la atmósfera de Titán. Esto es debido a que algunas moléculas pueden ser vistas sólo en ciertas longitudes de onda, más allá de las capacidades de los instrumentos de Cassini.  La utilización de ALMA permitirá a los investigadores ver moléculas que podrían ser invisibles para la Cassini.

Esta observación simultánea dará a los científicos un conjunto de datos de referencia   que les permitirá seguir observando por décadas la atmósfera de Titán en el futuro, dijo Nixon, mientras buscan más firmas  prebióticas, como el azufre, o una molécula llamada cianuro de vinilo que podrían formar  membranas similares a las de la células  en los océanos y lagos líquidos de Titán.

Un portal de datos

Incluso después de que termine la misión Cassini, los científicos todavía estarán cavando en busca de pistas, dijo la astrónoma Trina Ray del Jet Propulsion Laboratory (JPL) en Pasadena, California. Ray, junto con sus colegas en el JPL, ha hecho su propia misión para asegurar que los futuros científicos puedan utilizar “las montañas de datos” que Cassini ha enviado a la Tierra.

Los científicos de Cassini cargan sus datos en bruto en una base de datos en línea llamada el Sistema de Datos Planetarios , que los científicos incluso fuera de la misión pueden utilizar. Sin embargo, estos datos no tienen necesariamente un formato  intuitivo para los científicos, dijo Ray. Así que ella co-fundó un grupo dedicado a encontrar formas de ayudar a los futuros científicos a interpretar los datos de Titan específicamente. Se presentó en el taller “Titan a través del tiempo” para  solicitar la opinión de los científicos que estudian a Titán acerca de cómo agrupar todos los datos.

Una de las ideas es construir una “línea de tiempo principal” de Cassini dijo Ray, una narrativa que podría ayudar a guiar a los futuros científicos a través de la misión. Esta linea de tiempo incluiría más que los tiempos, las fechas y la información del instrumento: Sería incluir detalles acerca de la intención de una actividad. ¿Por qué se apunta la cámara de Cassini aquí; ¿por qué el instrumento infrarrojo señaló allí?

Ray y su equipo también han considerado una estrategia que incorpore datos de Titan en una plataforma lista para su uso similar a “Marte Trek“, un mapa interactivo disponible al público con las capas de datos de varias misiones a Marte y sus sitios de aterrizaje. Los usuarios de “Marte Trek” pueden alternar entre las capas, explorar los diferentes sitios, y guardar y compartir lo que han encontrado con otros. Ray imagina un mapa similar para Titán, donde los científicos o los usuarios podrían saltar a través de las capas de datos de los diferentes instrumentos de Cassini.

Misterios dentro de los misterios

En los siguientes siete sobrevuelos de Titán antes del final de la Cassini, Turtle y su equipo estarán en busca de nubes sobre el hemisferio norte de la luna. Todos los modelos climáticos predicen que las grandes nubes de tormenta deben formarse en las latitudes más altas del norte de Titán, cuando Titan entra en su largo verano. Pero hasta ahora, no han aparecido nubes , otra señal de que la búsqueda de pistas no ha terminado.

La cámara de ángulo estrecho de la Cassini vio un jirón de nubes en el hemisferio norte de Titán en octubre del 2016, pero no las grandes nubes de tormenta que los científicos están buscando. Los científicos esperan que estas nubes se formen en los próximos meses, antes de que Cassini se sumerja en Saturno. Crédito: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute / Univ. de Arizona.

“Titán  realmente nos ha tomando el pelo con las nubes,” dijo Turtle.

Turtle no puede vislumbrar las nubes esquivas. Y tal vez T-126 no proporcionará respuestas a las preguntas de larga data sobre los lagos de Titán. El fin de la misión de Cassini significa no poder “oler” más la atmósfera con espectrómetros, no habrá más imágenes en primer plano de las dunas serpenteantes, y no habrá nuevas imagágenes de sus misteriosos mares.

Sin embargo, el taller concluyó con optimismo, con los científicos girando su atención a una futura misión a Titán. Tal vez un avión no tripulado Quadcopter-que podría volar alrededor de la superficie de Titán, reflexionaron los investigadores , tomando datos desde múltiples sitios de investigación. O un submarino que pueda ” nadar” a través de un mar.

Y cualquiera que sea la nueva información que salga a la luz, inevitablemente, generará más preguntas.

“Esa es la otra cosa que ha sido muy divertida sobre el estudio de Titán: misterios dentro de misterios”, dijoTurtle.

 

 Fuente del artículo: AGU – Eos.      Artículo original: “¿ What to expect from Cassini’s final views of Titan?”

 Autora del artículo: JoAnna Wendel ( @JoAnnaScience ). 

Cita: Wendel, J. (2017), ¿, What to expect from Cassini’s final views of Titan?, Eos, 98, https://doi.org/10.1029/2017EO072195 . Publicado el 20 de abril 2017.

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