Pronóstico de Webb para Titán: parcialmente nublado con ocasionales lluvias de metano
Estas imágenes de Titán fueron tomadas por el Telescopio Espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA el 11 de julio de 2023 (fila superior) y por los Observatorios terrestres W.M. Keck el 14 de julio de 2023 (fila inferior). Muestran nubes de metano (señaladas por flechas blancas) que aparecen a diferentes altitudes en el hemisferio norte de Titán. A la izquierda se muestran imágenes en color representativas de ambos telescopios. En la imagen del Webb, la luz a 1,4 micras es de color azul, la de 1,5 micras es de color verde y la de 2,0 micras es de color rojo (filtros F140M, F150W y F200W, respectivamente). En la imagen del Keck, la luz a 2,13 micras es de color azul, la de 2,12 micras es de color verde y la de 2,06 micras es de color rojo (H₂ 1-0, Kp y He₂b, respectivamente). En la columna central se encuentran imágenes de longitud de onda única tomadas por Webb y Keck a 2,12 micras. Esta longitud de onda es sensible a la emisión de la troposfera inferior de Titán. Las imágenes de la derecha muestran la emisión a 1,64 micras (Webb) y 2,17 micras (Keck), que favorecen altitudes mayores, en la troposfera superior y la estratosfera de Titán (una capa atmosférica por encima de la troposfera). Demuestra que las nubes se ven a mayores altitudes el 14 de julio que antes, el 11 de julio, lo que indica un movimiento ascendente. [Descripción de la imagen: Un gráfico de seis paneles con dos filas y tres columnas, que muestra imágenes infrarrojas de la luna Titán de Saturno. La fila superior está etiquetada como "Webb, 11 de julio de 2023" y la fila inferior está etiquetada como "Keck, 14 de julio de 2023". Las imágenes de la izquierda están etiquetadas como "atmósfera y superficie". Muestran un globo moteado de marrón y amarillo con un borde azul brumoso. En la parte superior, una mancha blanca, algo tenue en la imagen del Webb y más brillante en la imagen del Keck, tiene una flecha que la señala. La columna central, denominada "troposfera", muestra un globo naranja oscuro con un borde más brillante. Las únicas características son puntos brillantes cerca de la parte superior e inferior. La mancha superior, más tenue en la imagen del Webb y más brillante en la imagen del Keck, tiene una flecha que la señala. Las imágenes de la derecha, denominadas "estratosfera", también muestran un globo naranja oscuro.
Fuente ESA/WEBB
- Los astrónomos observan evidencia de nubes burbujeando sobre el hemisferio norte de Titán.
- Un equipo científico ha combinado datos del Telescopio Espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA y del telescopio Keck II para observar por primera vez evidencia de convección de nubes en Titán, la luna de Saturno en el hemisferio norte. La mayoría de los lagos y mares de Titán se encuentran en ese hemisferio y probablemente se reabastecen con lluvias ocasionales de metano y etano. El Webb también ha detectado una molécula clave que contiene carbono y que proporciona información sobre los procesos químicos en la compleja atmósfera de Titán.
Titán, la luna de Saturno, es un mundo fascinante envuelto en una neblina amarillenta y contaminada. Al igual que la Tierra, su atmósfera está compuesta principalmente de nitrógeno y presenta fenómenos meteorológicos, como nubes y lluvia. A diferencia de la Tierra, cuyo clima se rige por la evaporación y condensación del agua, Titán, en su gélido interior, presenta un ciclo de metano (CH₄). Este se evapora de la superficie y asciende a la atmósfera, donde se condensa para formar nubes de metano. Ocasionalmente, cae en forma de lluvia fría y aceitosa sobre una superficie sólida donde el hielo de agua es duro como una roca.
«Titán es el único otro lugar de nuestro Sistema Solar con un clima similar al de la Tierra, en el sentido de que presenta nubes y lluvia sobre su superficie», explicó el autor principal, Conor Nixon, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland.
El equipo observó Titán en noviembre de 2022 y julio de 2023 utilizando el telescopio Webb y uno de los telescopios gemelos terrestres W.M. Keck. Estas observaciones no solo mostraron nubes en las latitudes medias y altas del norte de Titán (el hemisferio donde actualmente es verano), sino que también mostraron que estas nubes aparentemente se elevan a mayores altitudes con el tiempo. Si bien estudios previos han observado convección de nubes en latitudes meridionales, esta es la primera vez que se observa evidencia de dicha convección en el norte. Esto es significativo porque la mayoría de los lagos y mares de Titán se encuentran en su hemisferio norte y la evaporación de los lagos es una importante fuente potencial de metano.
En la Tierra, la capa más baja de la atmósfera, o troposfera, se extiende hasta una altitud de unos 12 kilómetros. Sin embargo, en Titán, cuya menor gravedad permite la expansión de las capas atmosféricas, la troposfera se extiende hasta unos 45 kilómetros. Webb y Keck utilizaron diferentes filtros infrarrojos para explorar diferentes profundidades en la atmósfera de Titán, lo que permitió a los astrónomos estimar la altitud de las nubes. El equipo científico observó nubes que parecían desplazarse a mayores altitudes a lo largo de varios días, aunque no pudieron observar directamente la precipitación.
“Las observaciones de Webb se realizaron al final del verano boreal de Titán, una estación que no pudimos observar con la misión Cassini-Huygens”, declaró Thomas Cornet, de la Agencia Espacial Europea, coautor del estudio. “Junto con las observaciones terrestres, Webb nos proporciona información valiosa sobre la atmósfera de Titán, que esperamos poder investigar con mayor detalle en el futuro con una posible misión de la ESA para visitar el sistema de Saturno”.
La química de Titán
Titán es un objeto de gran interés astrobiológico debido a su compleja química orgánica (que contiene carbono), a pesar de su gélida temperatura de aproximadamente -180 grados Celsius. Las moléculas orgánicas constituyen la base de toda la vida en la Tierra, y estudiarlas en un mundo como Titán podría ayudar a los científicos a comprender los procesos que llevaron al origen de la vida en la Tierra.
El ingrediente básico que impulsa gran parte de la química de Titán es el metano. En la atmósfera de Titán, el metano se descompone por la luz solar o por electrones energéticos de la magnetosfera de Saturno, y luego se recombina con otras moléculas para formar sustancias como el etano (C₂H₂), junto con moléculas más complejas que contienen carbono.
Los datos de Webb proporcionaron una pieza clave que faltaba para nuestra comprensión de los procesos químicos: la detección definitiva del radical metilo CH₃. Esta molécula (llamada «radical» porque tiene un electrón «libre» que no está en un enlace químico) se forma cuando el metano se descompone. Detectar esta sustancia significa que los científicos pueden observar la química en acción en Titán por primera vez, en lugar de solo los ingredientes iniciales y los productos finales.
«Por primera vez, podemos ver el pastel químico mientras se eleva en el horno, en lugar de solo los ingredientes iniciales de harina y azúcar, y luego el pastel glaseado final», dijo la coautora Stefanie Milam, del Centro de Vuelo Espacial Goddard.
El futuro de la atmósfera de Titán
Esta composición química de los hidrocarburos tiene implicaciones a largo plazo para el futuro de Titán. Cuando el metano se descompone en la atmósfera superior, una parte se recombina para formar otras moléculas que finalmente llegan a la superficie de Titán en una u otra forma química, mientras que parte del hidrógeno escapa de la atmósfera. Como resultado, el metano se agotará con el tiempo, a menos que exista una fuente que lo reponga.
Un proceso similar ocurrió en Marte, donde las moléculas de agua se descompusieron y el hidrógeno resultante se perdió en el espacio. El resultado fue el planeta árido y desértico que vemos hoy.
“En Titán, el metano es un consumible. Es posible que se esté reabasteciendo constantemente y que esté saliendo de la corteza y el interior durante miles de millones de años. De lo contrario, con el tiempo desaparecerá por completo y Titán se convertirá en un mundo prácticamente sin aire, de polvo y dunas”, declaró Nixon.
Estos datos se obtuvieron como parte del programa de Observaciones de Tiempo Garantizado de Heidi Hammel para estudiar el Sistema Solar. Los resultados fueron publicados en la revista Nature Astronomy.
Referencia
- Nixon, C.A., Bézard, B., Cornet, T. et al. The atmosphere of Titan in late northern summer from JWST and Keck observations. Nat Astron (2025). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02537-3
