TITÁN, LA ENIGMÁTICA
LUNA DE SATURNO
Es Titán, calentado por una manta de hidrógeno;
sus volcanes helados lanzan amoníaco
arrancado de un corazón glacial. Las lavas
líquidas y heladas sostienen un imperio
mayor que Mercurio, y también un poco
como la primitiva Tierra: llanuras de asfalto
y mares de mineral caliente.
Pero cómo me gustaría probar las aguas de Titán,
bajo su cielo surcado por los humos,
donde el suelo aparece borroso por la neblina rojiza de arriba,
como cavernas flotantes, nubes que se elevan y se desplazan,
de las que cae material vítreo primigenio, mientras
la vida espera en las alas.
DIANE ACKERMAN,
The Planets (Morrow, Nueva York, 1976)
TITÁN NO ES UN NOMBRE CONOCIDO, ni un mundo conocido. Normalmente no reparamos en él cuando revisamos una lista de objetos del sistema solar. Pero en los últimos años este satélite de Saturno se ha convertido en un lugar de interés extraordinario y de singular importancia para la exploración futura. Nuestros estudios más recientes sobre Titán indican que posee una atmósfera muy parecida a la de la Tierra —por lo menos en cuanto a su densidad—; más que cualquier otro objeto del sistema solar. Este sólo hecho le proporciona una nueva significación, en una época en que se inicia seriamente la exploración de otros mundos.
Además de ser el mayor satélite de Saturno, Titán también es, según el reciente estudio de Joseph Veverka, James Elliot y otros, de la Universidad de Cornell, el mayor satélite del sistema solar (unos 5800 kilómetros de diámetro). Titán es mayor que Mercurio y casi tan grande como Marte. Y sin embargo está en órbita alrededor de Saturno.
Examinando los dos mundos mayores del sistema solar exterior, Júpiter y Saturno, podemos obtener algunas pistas sobre la naturaleza de Titán. Ambos planetas presentan una coloración global rojiza o marrón. Es decir, la capa superior de nubes que vemos desde la Tierra tiene fundamentalmente esa coloración. Algo en la atmósfera y las nubes de esos planetas es capaz de absorber fuertemente la luz azul y la ultravioleta, de forma que la luz que refleja hacia nosotros es básicamente roja. De hecho, el sistema solar exterior posee un cierto número de objetos que son especialmente rojos. Aunque no disponemos de fotografías en color de Titán, ya que se encuentra a 800 millones de millas y tiene un tamaño angular menor que el de los satélites galileanos de Júpiter, los estudios fotoeléctricos ponen de manifiesto que ese satélite es efectivamente muy rojo. Los primeros astrónomos en plantearse ese problema creían que Titán era rojo por la misma razón que lo es Marte: por su superficie oxidada. Pero entonces la causa del color rojo de Titán sería muy distinta de la correspondiente a Júpiter o a Saturno, puesto que no llegamos a ver la superficie sólida de estos últimos planetas.
En 1944, Gerard Kuiper detectó espectroscópicamente una atmósfera de metano alrededor de Titán, siendo el primer satélite en el que se encontró una atmósfera. Desde entonces se han confirmado las observaciones de metano y Lawrence Trafton, de la Universidad de Texas, ha aportado una prueba sugestiva (o cuando menos moderadamente sugestiva) sobre la presencia de hidrógeno molecular.
Como se conoce la cantidad de gas necesaria para producir las características de absorción espectral observadas y como también se conoce, a partir de su masa y radio, la gravedad superficial en Titán, puede deducirse la presión atmosférica mínima. El resultado viene a ser de 10 milibares, un uno por ciento de la presión atmosférica terrestre; es una presión que supera a la de Marte. Titán posee la presión atmosférica más parecida a la de la Tierra de todo el sistema solar.
Las mejores, aunque también las únicas imágenes basadas en observaciones telescópicas visuales de Titán, han sido realizadas por Audouin Dollfus en el Observatorio de Meudon, Francia. Se trata de unos dibujos a mano trazados junto al telescopio en momentos de estabilidad atmosférica. Basándose en las formas variables que observó, Dollfus dedujo que en Titán se producían acontecimientos que no guardaban relación directa con el período de rotación del satélite (se considera que Titán siempre muestra la misma cara ante Saturno, como ocurre en el caso de nuestra Luna y la Tierra). Dollfus supuso que debían de ser nubes dispersas.
Nuestro conocimiento de Titán ha experimentado un número sustancial de saltos cuánticos en los últimos años. Los astrónomos han logrado obtener la curva de polarización de ciertos objetos pequeños. La idea consiste en que inicialmente la luz solar no polarizada cae sobre Titán y es polarizada en la reflexión. Esa polarización la detecta un instrumento cuyo principio es parecido, aun siendo mucho más sofisticado y más sensible, al de las gafas de sol «polaroid». La cantidad de polarización se mide conforme Titán pasa a través de unas pocas fases —entre la fase de Titán «lleno» y la de Titán «menguante». Al comparar la curva de polarización resultante con las disponibles en el laboratorio, se obtienen datos sobre el tamaño y la composición del material que provoca la polarización.
Las primeras observaciones de la polarización de Titán fueron realizadas por Joseph Veverka e indicaban que la luz solar es reflejada básicamente por las nubes de Titán y no por una superficie sólida. Al parecer hay en Titán una superficie y una atmósfera baja que no somos capaces de ver; encima una capa de nubes opaca y una atmósfera por encima de ésta, ambos elementos visibles para nosotros; y un sistema de nubes ocasionales dispersas, más exterior todavía. Como Titán se ve de color rojo y lo vemos al nivel de la capa de nubes, debemos concluir que en Titán existen nubes rojas.
Una confirmación adicional de esa idea la proporciona la pequeñísima cantidad de luz ultravioleta reflejada por Titán, según las mediciones del Observatorio Astronómico Orbital. La única forma de que se mantenga a bajo nivel el brillo ultravioleta de Titán es la de suponer que los elementos que absorben el ultravioleta se encuentran a considerable altitud en la atmósfera. De no ser así, la reflexión Rayleigh provocada por las moléculas atmosféricas haría que Titán brillase en el ultravioleta (la reflexión Rayleigh es la reflexión preferente de la luz azul más que de la luz roja, y es la explicación del color azulado del cielo de la Tierra). Pero los materiales que absorben el ultravioleta y el violeta aparecen rojos en la luz reflejada. Así pues, se dan dos consideraciones distintas (o tres, teniendo en cuenta los dibujos a mano) que sugieren la existencia de un amplio recubrimiento de nubes en Titán. ¿Qué entendemos por amplio? Más del 90 por ciento de Titán debe de encontrarse bajo las nubes para que cuadren los datos de polarización. Titán parece estar cubierto por densas nubes rojas.
Un segundo y sorprendente descubrimiento se produjo en 1971, cuando D. A. Allen, de la Universidad de Cambridge, y T. L. Murdock, de la Universidad de Minnesota, encontraron que la emisión infrarroja por causa del calentamiento solar observada en Titán a longitudes de onda comprendidas entre 10 y 14 micrones es más del doble que la esperada. Titán es demasiado pequeño como para tener una importante fuente interna de energía, como ocurre con Júpiter o Saturno. La única explicación parecería ser un efecto invernadero, según el cual la temperatura superficial aumenta hasta que la radiación infrarroja saliente contrarresta la radiación visible absorbida que recibe el satélite. Es ese mismo efecto invernadero el que mantiene la temperatura superficial de la Tierra por encima de los 0° C y la de Venus a 480° C.
Pero, ¿qué provoca en Titán un efecto invernadero? Difícilmente será el dióxido de carbono o el vapor de agua, como ocurre en la Tierra y Venus, ya que estos gases se encuentran helados en su mayoría en Titán. He calculado que unos cuantos centenares de milibares de hidrógeno (1000 milibares es la presión atmosférica total a nivel del mar en la Tierra) serían capaces de proporcionar un adecuado efecto invernadero. Como se trata de una cantidad de hidrógeno superior a la observada, las nubes debieran ser opacas en ciertas longitudes de onda corta y casi transparentes en ciertas longitudes de onda más largas. James Pollack, del Ames Research Center de la NASA, ha calculado que también bastaría con unos centenares de milibares de presión de metano y, además, consigue explicar algunos detalles del espectro de emisión infrarrojo de Titán. Esa gran cantidad de metano tendría que estar por debajo de las nubes. Ambos modelos del efecto invernadero tienen la virtud de utilizar sólo gases que se cree existen en Titán; evidentemente, ambos gases pueden desempeñar un papel importante.
Robert Danielson, recientemente fallecido, y sus colegas de la Universidad de Princeton propusieron un modelo alternativo de atmósfera para Titán. Sugirieron que las pequeñas cantidades de hidrocarburos sencillos —etano, etileno y acetileno— observados en la atmósfera alta de Titán absorben luz ultravioleta del sol y calientan la atmósfera alta. Entonces, lo que vimos en el infrarrojo es la atmósfera alta caliente, y no la superficie. Este modelo no requiere una superficie enigmáticamente caliente, ni efecto invernadero, ni presión atmosférica de unos centenares de milibares.
¿Qué punto de vista es el correcto? Por el momento nadie lo sabe. La situación actual recuerda la época de los estudios de Venus en los años 60, cuando ya se sabía que la temperatura de brillo radio del planeta era elevada y se debatía calurosamente (pero con propiedad) si la emisión procedía de una superficie caliente o de una región caliente de la atmósfera. Como las ondas radio lo atraviesan todo excepto las atmósferas y nubes más densas, el problema de Titán podrá resolverse en cuanto dispongamos de una medición fiable de la temperatura de brillo radio del satélite. La primera medición de ese tipo fue realizada por Frank Briggs, de Cornell, con el interferómetro gigante del National Radio Astronomy Observatory de Green Bank, West Virginia. Briggs determinó una temperatura superficial de Titán de -140° C, con un margen de error de 45° C. Caso de no producirse el efecto invernadero, la temperatura tendría que ser de -185° C; por tanto, las observaciones de Briggs parecen sugerir la presencia de un efecto invernadero de cierta envergadura y de una atmósfera densa, aunque el margen de error de la medición es lo suficientemente grande como para no descartar el caso de un efecto invernadero nulo.
Observaciones posteriores llevadas a cabo por otros dos grupos de radioastrónomos proporcionan valores a la vez mayores y menores que los resultados de Briggs. Los elevados valores de las temperaturas se acercan sorprendentemente a los de las regiones frías de la Tierra. La situación en que se encuentra actualmente la observación, al igual que la atmósfera de Titán, parece un tanto oscura. El problema podría resolverse si pudiésemos medir el tamaño de la superficie sólida de Titán mediante el radar (los instrumentos ópticos sólo proporcionan la distancia que separa la capa de nubes de su correspondiente zona diametralmente opuesta). Posiblemente ese problema tenga que esperar a los estudios que realizará la misión Voyager, en la que se tiene previsto el envío de dos vehículos muy sofisticados hacia Titán —uno de ellos pasará muy cerca de él— en 1981.
Sea cual fuere el modelo que seleccionemos, es coherente con las nubes rojas. Pero, ¿de qué están formadas? Si consideramos una atmósfera de metano e hidrógeno y le damos energía, se constituirá una serie de compuestos orgánicos, tanto hidrocarburos sencillos (como los requeridos para dar lugar a la zona de inversión de Danielson en la atmósfera alta) como complejos. En nuestro laboratorio de Cornell, Bishun Khare y yo hemos simulado los tipos de atmósferas que existen en el sistema solar exterior. Las complejas moléculas orgánicas que se sintetizan en ellas tienen propiedades ópticas parecidas a las de las nubes de Titán. Pensamos que hay indicios importantes de la existencia de abundantes compuestos orgánicos en Titán, tanto en forma de gases simples en la atmósfera, como de complejos orgánicos en las nubes y en la superficie.
Uno de los problemas de una amplia atmósfera en Titán es el de que el ligero gas hidrógeno debería estar fluyendo hacia el exterior debido a su baja densidad. La única forma en que puedo explicar esa situación consiste en decir que el hidrógeno se encuentra en estado estable. Es decir, escapa, pero se renueva a partir de alguna fuente interna —lo más probable es que se trate de volcanes—. La densidad de Titán es tan baja que su interior debe de estar constituido principalmente por hielos. Podemos considerarlo como un cometa gigante formado por hielos de metano, amoníaco y agua. Pero debe tener también una pequeña mezcla de elementos radiactivos que, al desintegrarse, van calentando el medio. El problema de la conducción del calor ha sido estudiado por John Lewis, del Massachusetts Institute of Tecnology; de ese estudio se desprende que el subsuelo de Titán debe ser de consistencia fangosa. El metano, el amoníaco y el vapor de agua deben fluir desde el interior y romperse por la acción de la luz solar ultravioleta, produciendo al mismo tiempo hidrógeno atmosférico y los compuestos orgánicos de las nubes. Debe haber volcanes superficiales formados por hielos y no por rocas, capaces de lanzar en sus erupciones ocasionales hielo líquido en lugar de rocas líquidas, una lava compuesta por metano, amoníaco y tal vez agua.
El escape de ese hidrógeno tiene otra consecuencia. Una molécula atmosférica capaz de alcanzar la velocidad de escape de Titán no tiene, en general, por qué alcanzar la velocidad de escape de Saturno. Así, tal como han indicado Thomas McDonouyh y el recientemente fallecido Neil Brice, de Cornell, el hidrógeno que va perdiendo Titán formaría un toroide difuso de gas hidrógeno alrededor de Saturno. Se trata de una predicción interesante, expuesta por primera vez para el caso de Titán, pero posiblemente aplicable también a otros planetas. El Pioneer 10 ha detectado ese toroide de hidrógeno alrededor Júpiter en las proximidades de Ío. En cuanto el Pioneer 11 y los Voyager 1 y 2 se acerquen a Titán, estarán en condiciones de detectar el toroide producido por Titán.
Titán será el objeto más fácil de explorar en el sistema solar exterior. Los mundos que casi no disponen de atmósfera, como los asteroides, presentan un problema de aterrizaje puesto que en ellos no puede utilizarse la resistencia atmosférica para frenar. Los mundos gigantes como Júpiter y Saturno presentan el problema inverso: la aceleración debida a la gravedad es tan elevada y el aumento de la densidad atmosférica tan rápido que resulta difícil diseñar una sonda atmosférica que no se queme al caer hacia la superficie. Sin embargo, Titán tiene una atmósfera bastante densa y una gravedad bastante baja. Si estuviese algo más cerca, posiblemente ya estaríamos ahora lanzando sondas para que recorriesen su atmósfera.
Titán es un mundo encantador, deslumbrante e instructivo, del que nos hemos dado cuenta repentinamente que es accesible a la exploración mediante vuelos de aproximación para determinar los grandes parámetros y buscar hendiduras en las nubes; mediante sondas atmosféricas para conocer las nubes rojas y su misteriosa atmósfera; y mediante vehículos de aterrizaje, para examinar una superficie como ninguna de las conocidas. Titán proporciona una oportunidad inmejorable para estudiar las especies de la química orgánica que en la Tierra han supuesto el origen de la vida. A pesar de sus bajas temperaturas, no es para nada imposible que exista una biología titánica. La geología de su superficie puede ser única en todo el sistema solar. Titán está esperando…