En 2005, la sonda Huygens de la Agencia Espacial Europea realizó un espectacular aterrizaje en la superficie de Titán, la luna más grande de Saturno. Durante su descenso a través de la densa atmósfera rica en nitrógeno, Huygens envió imágenes de un paisaje complejo moldeado por fuerzas familiares.
Las imágenes mostraban colinas y valles, ríos serpenteantes que conducían a deltas complejos que eventualmente desembocaban en lagos y mares con vastas costas. Al parecer, Titán tenía muchas características en común con la Tierra.
Pero hay una diferencia crucial. El agua juega un papel muy importante en la configuración de la superficie de la Tierra a través de la erosión, la glaciación, etc. Esto se debe a que las condiciones están perfectamente equilibradas para permitirle existir en forma líquida, sólida y gaseosa al mismo tiempo, el llamado “punto triple”.
Pero en Titán, donde la temperatura es de -179 grados centígrados, el agua es un sólido congelado, duro como una roca. En cambio, es el metano el que ha dado forma a la superficie de Titán, creando ríos, deltas y costas porque las condiciones allí están curiosamente equilibradas alrededor del punto triple del metano. Por tanto, existe como gas en la atmósfera, como líquido en los ríos y océanos y como sólido en los hielos.
¿Lluvia en el avión?
Todo esto sugiere que Titán debe experimentar patrones climáticos complejos con viento, lluvia, niebla y muchos de los otros fenómenos meteorológicos que experimentamos en la Tierra. A los científicos les encantaría poder modelar este clima, tal vez incluso predecir sus efectos en la superficie. Pero hay un problema.
Los meteorólogos saben desde hace mucho tiempo que los mares y lagos de la Tierra pueden influir en el tiempo, creando sus propios microclimas. Esto se debe a que la temperatura del agua cambia más lentamente que en la tierra. Alrededor de los Grandes Lagos de la Tierra, por ejemplo, esto provoca primaveras más frías y otoños más cálidos. La evaporación también provoca mayores precipitaciones a favor del viento.
Hasta ahora, nadie ha simulado cómo los lagos y mares de Titán influyen en su clima. Pero eso ahora cambia gracias al trabajo de Audrey Chatain del Southwest Research Institute en Boulder, Colorado, y sus colegas, que han simulado por primera vez los patrones climáticos en 3D alrededor de los lagos de Titán. “Al igual que los lagos de agua en la Tierra, estos lagos de metano en Titán probablemente afecten profundamente al clima local”, dicen.
En el pasado, los científicos planetarios intentaron medir la influencia de los lagos observando los patrones del viento en dos dimensiones. Este trabajo sugiere que grandes masas de líquido deberían estimular “las brisas del lago, que se extienden sobre la tierra”.
Pero estas simulaciones ignoraron el papel de la tercera dimensión, que es un factor importante porque a medida que el aire más cálido asciende, el aire más frío es aspirado detrás de él, creando células de convección.
Entonces Chatain y sus compañeros decidieron simular estos efectos en Titán utilizando lagos ideales y modelos de lagos reales en la superficie de la luna. Esto demostró que los modelos de viento 2D sobreestiman algunas propiedades de la brisa del lago, como la extensión que viaja sobre la tierra, y subestiman otras propiedades, como el movimiento descendente del aire detrás de la brisa.
Chatain también modeló lagos específicos en Titán, como un lago de 50 kilómetros de ancho llamado Oneida Lacus y otros lagos a su alrededor para ver cómo interactúan los patrones climáticos locales. Descubrieron que los lagos más grandes generan vientos más fuertes y que sus patrones climáticos individuales pueden fusionarse para formar un microclima local con sus propios patrones climáticos complejos.
Niebla lunar
Estos vientos tienen una influencia importante en la evaporación a la atmósfera. Chatain y estiman que el lago se evapora a un ritmo de 6 cm por año terrestre (en la Tierra, el ritmo se mide en metros por año). “Las simulaciones de varios lagos de forma real ubicados a una latitud de 74°N en Titán en el equinoccio de primavera muestran que algunas secciones de los lagos podrían acumular suficiente vapor de metano como para formar una fina niebla”, dice el equipo.
De hecho, algunas imágenes de Huygens, que aterrizó al borde de un lago, sugieren la presencia de niebla. En una imagen se ve incluso una gota de rocío.
Todo esto tiene importantes similitudes con el clima de la Tierra. La atmósfera de Titán es más densa que la de la Tierra y la velocidad del viento es menor porque hay menos energía en la atmósfera a esa distancia del Sol. Pero este y otros trabajos sugieren que el clima debe ser espectacular, incluyendo viento, lluvia, niebla, aguanieve, olas y tal vez incluso arcoíris.
Claramente, hay mucho que aprender sobre esta misteriosa luna, y una de ellas es de dónde proviene todo el metano. Esto es un enigma porque la luz solar lo descompone y, por lo tanto, todos deberían haber desaparecido durante la vida del Sistema Solar. Luego está la cuestión de cómo se equilibra cuidadosamente la temperatura de Titán en el punto triple del metano: ¿qué tipo de mecanismos de retroalimentación deben estar en juego? Y, por último, qué tipo de complejidad es posible en un sistema como éste, a temperaturas potencialmente superconductoras.
Pero todo eso es para el futuro. Mientras tanto, si la ESA, la NASA o cualquier otra persona está escuchando, seguramente merece la pena volver a visitar Titán.
Ref: El impacto de la forma y el tamaño del lago en la brisa del lago y los intercambios de aire-lago en Titán: arxiv.org/abs/2309.07042