En la última entrega de El Sistema Solar visitamos Rea, la última luna de Saturno inmersa en el anillo E. Como recordarás ese anillo se va difuminando en la distancia, aunque queda poco de él más allá de la órbita de Rea. Hoy nos alejamos bastante más del gigante Saturno para conocer al que sin duda es su satélite más interesante, además de uno de los lugares más bellos e inquietantes de todo el Sistema Solar: Titán.

“Hombre, tan bello e inquietante… eres un exagerado”, puedes pensar. A lo que yo responderé, “Estimado lector, aquí Titán; Titán, aquí un estimado lector”:

Rea frente a Titán, por Cassini (NASA). Versión a 1280x1085 px.

A pesar de ser el sexto satélite saturniano que visitamos en la serie, ya que los recorremos de dentro hacia fuera, se trata del primero que descubrimos. Su descubridor es un viejo conocido de la serie: el astrónomo holandés Christiaan Huygens, que junto con Giovanni Cassini –otro viejo conocido– dio nombre a la sonda Cassini-Huygens que alcanzó el subsistema saturniano en 2004 –y que luego se dividió en sus dos partes, cada una nombrada en honor a uno de los dos, pero luego hablaremos de eso–.

Huygens había quedado enormemente impresionado por el descubrimiento de las lunas galileanas de Júpiter por parte de Galileo a principios del siglo XVII, algo de lo que hablamos al hacerlo de la primera de ellas, Ío. Junto con su hermano Constantijn, Christiaan empezó a fabricar telescopios a mediados de siglo. Por entonces la óptica había avanzado lo suficiente como para que los telescopios de los Huygens fueran bastante más potentes que los del divino italiano, y en la primavera de 1655, apuntando su telescopio hacia Saturno, Christiaan observó algo que ningún ojo humano había visto jamás: una luna de Saturno.

Y es que, aunque Titán es invisible al ojo humano, no hace falta un telescopio muy potente para verlo; de hecho, es posible hacerlo con unos buenos prismáticos. Esto se debe a su enorme tamaño, del que hablaremos luego ya que Huygens no llegó a medir eso, sino simplemente a detectar su presencia orbitando el gigante Saturno. Christiaan Huygens lo bautizó con el nombre, simple a más no poder, de Luna Saturni, es decir, la luna de Saturno, ya que era la única conocida por entonces. El holandés no vio ninguna otra, a pesar de que hay muchísimas, ya que todas ellas son mucho más pequeñas que Titán.

Christiaan Huygens (izq.) y Giovanni Cassini (der.).

Sin embargo, como ya sabes a estas alturas –ésta es la sexta luna saturniana que visitamos–, un par de décadas más tarde el italiano Domenico Cassini empezó a descubrir satélites de Saturno a diestro y siniestro, de modo que el que hoy llamamos Titán perdió su carácter de la luna de Saturno para ser simplemente una entre las lunas de Saturno. Durante mucho tiempo recibió el insulso nombre de Saturno II, luego Saturno IV y posteriormente Saturno VI, según se iban descubriendo nuevas lunas más cercanas al planeta.

Afortunadamente, como también sabes ya, John Herschel propuso una serie de nombres para los satélites de Saturno a mediados del siglo XIX, todos ellos basados en los de titanes y titánides de la mitología griega. De hecho Saturno VI no recibió el nombre propio de ninguno de ellos, sino simplemente el de Titán, a secas, algo muy apropiado en mi opinión porque la palabra sugiere las impresiones adecuadas. Titán es, en efecto, un titán entre satélites.

Además de su gran tamaño hay otra razón por la que Huygens pudo observarlo unos veinte años antes de que Cassini descubriese cualquiera de las lunas interiores: Titán orbita alrededor de Saturno a una distancia bastante mayor que la de sus hermanas menores. Observar Tetis, Mimas, Encélado, Dione o Rea supone enfrentarse al monstruo Saturno, o bien ocultándolas tras su enorme volumen o bien deslumbrándonos con su brillo e impidiendo que se distingan esas pequeñas lunas que lo abrazan.

Pero Titán, aunque sigue estando relativamente cerca del planeta –como verás por algunas características de su movimiento–, se encuentra ya a una distancia que permite verlo sin que el gigante lo impida. La última luna que visitamos, Rea, orbita Saturno a una distancia de unos 527 000 km y tarda unos cuatro días y medio en hacerlo. Ahora bien, el radio medio de la órbita de Titán es de 1 220 000 km, ¡más de un millón de kilómetros! Es más del doble del tamaño de la órbita de la luna anterior, y el período orbital también es muchísimo mayor: unos 16 días terrestres.

La órbita de Titán frente a las de sus hermanas (Modificado de Mysid / Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 License).

Mirando la imagen también puedes ver otra característica de la órbita de Titán: su minúscula excentricidad. Es una órbita prácticamente circular; la apoapsis (el punto más alejado del planeta) está a 1 257 000 km y la periapsis (el punto más cercano al planeta) a 1 187 000 km. Aunque en la imagen no se vea, el plano orbital de Titán también es de “muy buen comportamiento”: sólo se desvía un tercio de grado del plano ecuatorial de Saturno.

Aunque más de un millón de kilómetros sea una enorme distancia, la masa descomunal de Saturno sigue ejerciendo una atracción gravitatoria suficiente sobre Titán como para forzarla a ofrecer siempre la misma cara a Saturno. El período de rotación de la luna coincide con el de traslación alrededor del planeta: unos 16 días. De hecho utilizamos esta propiedad como referencia – los 0º de longitud sobre la superficie de Titán coinciden con el meridiano que mira exactamente hacia Saturno.

Como tantas otras veces, poco pudimos descubrir de este satélite hasta que los telescopios fueron avanzando. Sin embargo, de igual manera que con otros satélites tuvimos que ir allí para descubrir algo inusual, en el caso de Titán nos dimos cuenta de que había algo peculiar en esa luna mucho antes de llevar cualquier sonda al subsistema saturniano. Sólo hacía falta que los telescopios se desarrollasen para que los 0,8 segundos de arco de Titán pudieran ser observados con más precisión.

Esos 0,8 segundos de arco, por cierto, son suficientes para estimar el tamaño de la luna conociendo la distancia que nos separa de Saturno, y el satélite hace honor a su nombre: tiene un radio de unos 2 576 km, lo cual es descomunal para un satélite. Por si te sirve de referencia, la última luna que visitamos, Rea, tiene un radio de unos 764 km. Tal vez una referencia aún mejor sea nuestro propio satélite, la Luna, con un radio de unos 1 737 km.

Tamaños comparados de Titán, la Luna y la Tierra (NASA).

Sí, Titán es un verdadero gigante entre los satélites. Sólo uno es mayor que él, Ganímedes, y por unas pocas decenas de kilómetros. Es un monstruo comparado con todas las lunas saturnianas que hemos visto hasta ahora, y me muero por mostrarte alguna foto de quitar el hipo, pero no quiero adelantarme a los acontecimientos así que, tanto tú como yo, ¡paciencia!

En 1907 un astrónomo español, Josep Comas Solà, se dio cuenta de algo extraño al mirar el disco de Titán: no es igual de brillante en todas partes, sino que es más oscuro por los bordes que por el centro. La hipótesis del catalán fue que esto podía deberse a la presencia de una atmósfera.

El razonamiento es el siguiente: la luz que vemos de Titán se debe a la reflexión de la luz solar. Ahora bien, una atmósfera puede absorber parte de la radiación solar, de modo que cuanto más espesor de atmósfera hay entre el objeto y el observador, más radiación es absorbida. La zona central recibe los rayos perpendicularmente al suelo, de modo que atraviesan menos espesor de atmósfera al ir y volver, luego se recibe más intensidad, y al revés en las zonas cercanas al borde, en las que la luz recorre más distancia en la atmósfera y se refleja menor intensidad.

Ilustración de Solà del borde oscuro de Titán (1908).

Ahora bien, para que se notase un efecto así con un telescopio de 1907, la absorción de luz por parte de la atmósfera debería ser bastante considerable. Ya hemos visto, al hablar de otras lunas de los dos gigantes (Júpiter y Saturno), que a veces existe una atmósfera tan tenue que es aventurado llamarla así: ese tipo de atmósfera no produce un efecto detectable de oscurecimiento de los bordes. ¿Cómo era entonces la atmósfera de Titán, si podíamos notar su efecto desde aquí?

Un avance fundamental para la astronomía nos dio parte de la respuesta: la espectroscopía. Utilizando esta técnica es posible analizar las longitudes de onda de la radiación emitida o absorbida por objetos lejanos y, a partir de esas longitudes de onda, determinar la composición química de cosas muy lejanas. Esto hizo precisamente el astrónomo holandés Gerard Kuiper: analizar espectroscópicamente la luz reflejada por Titán en 1944. Kuiper detectó la presencia de metano (CH₄), una molécula que también existe en la atmósfera terrestre, aunque en concentración mucho menor a la que tuvo en el pasado.

Gerard Kuiper (1905-1973) (Gelderen, Hugo van / Anefo / Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Netherlands License).

Kuiper llegó a la conclusión, por tanto, que la atmósfera titaniana contenía metano, y utilizó los datos que había obtenido para estimar la presión ejercida por el metano sobre la superficie de Titán: unos 10 kPa, la mayor detectada hasta entonces en un satélite. Dado que muy probablemente había otros gases además de metano, la presión atmosférica en Titán seguramente era al menos la mitad que la de la Tierra, algo descomunal para un objeto de ese tamaño. ¡No sabíamos que la sorpresa sería aún mayor!

La presencia de una atmósfera apreciable en Titán, algo desconocido en cualquier otro satélite del Sistema Solar, hacía de Titán un objetivo muy sabroso para la posterior exploración no tripulada de las regiones exteriores del sistema. Y es que, como he dicho muchas veces antes en esta serie, para saber de verdad qué demonios estaba pasando en Titán hacía falta ir allí, y eso es precisamente lo que hicimos en la década de los 70.

Saturno y Titán, fotografiados por Pioneer 11 en 1979 (NASA).

La primera en visitar el subsistema saturniano y en obtener imágenes relativamente cercanas de Titán fue la sonda Pioneer 11. Sin embargo, Pioneer 11 sólo lo hizo de pasada y sus fotografías pueden resultar hoy en día, malcriados como estamos por Cassini, decepcionantes.

Sin embargo, en cierto sentido el carácter borroso y primitivo de las imágenes de Pioneer a mí me produce una sensación extraña: por primera vez un objeto tecnológico, hecho de plástico, metal y vidrio, se atrevía a escudriñar objetos que habían permanecido secretos durante eones. Tal vez pensarlo así te ayude a valorar más la mejor fotografía que los ojos de Pioneer 11 obtuvieron del misterioso Titán:

Titán, fotografiado por Pioneer 11 en 1979 (NASA).

Las imágenes obtenidas por Pioneer ponían de manifiesto una cosa muy clara: efectivamente, el satélite tenía una atmósfera de cierta entidad. La razón, a pesar de que las fotos no sean buenas, seguro que ya la sabes – a la distancia que se tomaron esas fotografías deberían verse multitud de cráteres, hielo con grietas, alguna característica de superficie… pero no se ve nada. Si recuerdas las fotografías de Venus, aquí pasa algo parecido. Es más, no sólo era evidente la presencia de atmósfera, sino de nubes o algo que ocultase totalmente cualquier accidente en la superficie del satélite.

La segunda aportación de Pioneer, siempre humilde, fue la medición más o menos exacta de la temperatura de la cima de la atmósfera: unos -180 °C, es decir, una temperatura bajísima. Por otro lado no es sorprendente, dada la enorme distancia al Sol. Lo interesante de esto, y volveremos a ello porque es fundamental, es que Kuiper había detectado metano en la atmósfera titaniana, y la temperatura de ebullición del metano es de -164 °C, y la de fusión es de -182 °C (ambas a presión atmosférica, por supuesto).

Visión artística de las Pioneer (NASA).

Esto significaba que, dependiendo de la presión atmosférica en Titán, que probablemente era mucho menor que en la Tierra por el diminuto tamaño –algo que resultó, por cierto, ser falso–, el metano tal vez podría estar en estado líquido o incluso sólido. El problema era, por supuesto, que los instrumentos de Pioneer 11 no podían atravesar el borrón de color tostado que ves en la foto de arriba, de modo que hacían falta mejores ojos para ver las entrañas de la luna.

Esos mejores ojos eran los de las Voyager, que realizaron sus máximas aproximaciones a Titán un par de años después de Pioneer 11. La primera en llegar fue Voyager 1 en 1980, que se encontró con la misma “muralla marrón” que había visto Pioneer, pero sus fotografías revelaron muy claramente la razón, dado que eran de mayor calidad que las de su predecesora.

Titán, fotografiado por Voyager 1 en 1980 (NASA).

Aunque Voyager 1 se acercó bastante al satélite para intentar detectar algo bajo la atmósfera, no pudo hacerlo. Al menos obtuvo magníficas imágenes –considerando las circunstancias y la época– que dejaban absolutamente clara la presencia de una atmósfera de espesor y densidad considerables y sorprendentes para un simple satélite.

La atmósfera titaniana, por Voyager 1 (NASA).

De hecho las observaciones terrestres de finales de los 70 y, sobre todo, las conclusiones extraídas de la pasada de Voyager 1, corrigieron las estimaciones de Kuiper en la década de los 40. Las afirmaciones del holandés ya eran sorprendentes: un objeto minúsculo comparado con la Tierra con una atmósfera de más de 0,5 atm de presión… pero la realidad era aún más sorprendente.

La presión atmosférica en Titán resultó ser mayor que la terrestre: unas 1,5 atmósferas de presión, es decir, ¡un 50% más que en la Tierra! Titán no sólo tenía una atmósfera considerable para ser un satélite, ¡tenía la segunda atmósfera más densa en un objeto rocoso de todo el Sistema Solar, después de Venus!

Pero la cosa es aún más curiosa debido a la combinación de dos factores aparentemente contradictorios: una enorme presión atmosférica combinada con una gravedad muy leve. En la Tierra, las aves empujan el aire hacia abajo con las alas para poder volar, es decir, vencer la gravedad terrestre hasta cierto punto.

Si la gravedad terrestre fuera menor de lo que es, sería más fácil ver aves más pesadas volando por el cielo, lo mismo que si el aire fuera más denso, ya que permitiría un mayor impulso hacia arriba al usar las alas. Pero estas dos cosas succeden exactamente en Titán.

La aceleración de la gravedad sobre la superficie del satélite es de unos 1,3 m/s², es decir, menos aún que sobre nuestra Luna y sólo un 15% de la terrestre. Al mismo tiempo, la presión es de unos 150 kPa, un 50% más que en la superficie terrestre… la combinación de ambos factores hace muy, muy fácil volar en la densísima atmósfera titaniana. De haber tenido Leonardo la suerte de nacer en Titán, muchos de sus artilugios hubiesen funcionado a la perfección.

Tal vez algún día los diseños de Leonardo nos sean útiles.

Pero, además de su extraordinaria presión, la composición de la atmósfera de Titán es también inusual: como descubrió Kuiper, contiene metano, aunque en una concentración de sólo el 1,4% en la estratosfera. Se suele asociar la atmósfera de Titán con el metano porque como veremos la hace muy interesante, pero si hay que elegir un constituyente de veras, entonces no hay duda: el nitrógeno molecular (N₂), que es también el gas más abundante en la atmósfera terrestre.

Eso sí, en la Tierra el nitrógeno constituye alrededor del 71% mientras que en Titán es nada menos que el 98,4% en la estratosfera. Repito esto de “en la estratosfera” porque ninguna sonda hasta 2004 pudo ver nada cerca de la superficie del satélite, de modo que la composición que detectamos hasta entonces fue únicamente de las capas superiores de la atmósfera.

Como puedes ver sumando las contribuciones de nitrógeno y metano, queda sólo un 0,2% para otros gases. Muchos de ellos son resultado de reacciones fotoquímicas del metano, debidas a la luz del Sol, por tenue que sea: etano, etileno, acetileno…, pero de ellas hablaremos más adelante porque, como digo, Voyager no pudo saber mucho más que su presencia.

La sonda nos permitió estimar la masa de Titán y, conocido su volumen, pudimos saber su densidad aproximada: unos 1880 kg/m³, es decir, alrededor del doble que el hielo de H₂O. Tiene la suficiente masa como para que la compresión gravitatoria sea considerable, de manera que muy probablemente está formado por diversas capas de material, más denso cerca del núcleo y menos cerca de la superficie. Aunque no estamos seguros, pensamos que alrededor de la mitad de su masa es hielo.

Además, Voyager no pudo detectar campo magnético alguno creado por el satélite, lo cual significa que no tiene un núcleo líquido convectivo, o si lo tiene no se trata de un conductor, como sucede en otros planetas –como el nuestro– con núcleos que contienen hierro líquido.

Las cámaras de Voyager no pudieron atravesar la densa y opaca atmósfera de la luna, muchísimo más “sucia” que la terrestre, y la sonda apenas pudo distinguir nada sobre su superficie. Tanto es así que, aunque la NASA tuvo la opción de modificar la trayectoria de Voyager 2 para dar su propia pasada a Titán, se consideró preferible no hacerlo y pasar más cerca de Urano y Neptuno. Tendríamos que esperar.

Nuestro momento llegó, por fin, en octubre de 2004, cuando la doble sonda Cassini-Huygens, nombrada en honor a los dos grandes astrónomos, realizó su primera pasada al satélite. De los descubrimientos de Cassini hablaremos en la segunda y tercera partes de este artículo, pero, para abrir boca, una imagen obtenida por la sonda mirando hacia Titán con el Sol al otro lado, de modo que se ve la atmósfera alrededor del satélite y la emoción es… bueno, mejor que lo veas tú mismo:

Titán a contraluz, fotografiado por Cassini en 2012 (NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute).

¡Hasta la semana que viene!