viernes, 26 de febrero de 2010

¿Por qué Titán tiene una atmósfera mucho más densa que Marte o Ganímedes?

Titán tiene una densa atmósfera cuya presión en de unas 1,6 veces la presión superficial de la atmósfera terrestre a nivel del mar, es casi 1000 veces más densa que la marciana, e infinitamente más densa que la de Ganímedes que es casi inexistente. Puede resultar un tanto extraño como un mundo de poco más de 5000 km de diámetro, con una gravedad, densidad y masa bajas tenga una atmósfera más densa que la Tierra y sin embargo cuerpos similares o mayores hasta carecen por completo de ella.

Pero no siempre fueron las cosas así, en el pasado Marte tuvo una atmósfera bastante más densa que permitió la existencia de agua líquida. Por razones que todavía deben investigarse más Marte ha ido perdiendo su manto gaseoso con el tiempo, la misión MAVEN estudiará detenidamente este asunto dentro de unos años. Pero lo que parece claro es que la ausencia de campo magnético en Marte o la pérdida de éste ha expuesto a su atmósfera a la erosión por el viento solar, hasta llegar al momento actual en que la atmósfera marciana ha quedado reducida casi hasta la nada.

La razón por la que Titán ha conservado una atmósfera tan densa continúa siendo un misterio

Pero Titán tampoco tiene un campo magnético detectable ¿cómo es entonces que Titán no ha pasado por un proceso similar?

En primer lugar se encuentra mucho más lejos que Marte, sufriendo una intensidad del viento solar decenas inferior a la de Marte por unidad de área esto es lo suficiente como para que los elementos y compuestos volátiles de los mundos terrestres tiendan a acumularse en las 3 fases (sólido, líquido y gas). Además la superficie de Titán está a una temperatura muy baja (-179º C). Por lo tanto la fracción de masa de estas sustancias que pueden ser constituyentes de su atmósfera son mucho mayores en la Titán que en la Tierra.

De hecho los actuales modelos sugieren que sólo el 70% de la masa de Titán son silicatos mientras que el resto son varios tipos de hielos: agua (H2O), hidratos de amoníaco (NH3-H2O). El amoníaco (NH-3), que puede ser la fuente original del actual componente gas nitrógeno (N2) de la atmósfera de Titán, puede constituir hasta un 8% de la masa combinada del amoníaco y el agua.

Diagrama que describe la erosión de la atmósfera marciana por acción del viento solar

Gran parte de su atmósfera original parece haberse perdido en las eras geológicas. Pero puesto que Titán comenzó su historia con una reserva mayor de volátiles que la Tierra o Marte, la presión atmosférica puede mantenerse alta. Es posible que la mayoría de la pérdida atmosférica de Titán se perdió durante los primeros momentos de acreción, mediante el escape altamente energético de los átomos ligeros que transportaban una gran parte de la atmósfera (escape hidrodinámico). Este proceso podría haberse producido por el calor y los efectos de fotólisis del Sol primitivo debido a su mayor producción de rayos-X y fotones del ultravioleta extremo.

Realmente no sabemos por qué sólo Titán tiene una atmósfera densa, mientras que los satélites Ganímedes y Calixto no la tienen. Las temperaturas pueden haber sido demasiado altas mucho más de 40 Kelvin en la subnebulosa joviana debido a la mayor liberación de energía potencial gravitacional, una mayor masa y una mayor proximidad al Sol, reduciendo grandemente la reserva de hidratos de amoníaco acretada por Calixto o Ganímedes. Las atmósferas resultantes de nitrógeno molecular (N2) pueden haber sido demasiado tenues para sobrevivir los efectos de erosión atmosférica que Titán ha soportado.

Igualmente los impactos de cometas han podido liberar más energía en Calixto y Ganímedes que en Titán debido al mayor campo gravitatorio de Júpiter. Las superiores energías pudieron erosionar las atmósferas de Calixto y Ganímedes, mientras que el aporte de material cometario formaría la atmósfera de Titán. Sin embargo las proporciones deuterio/hidrógeno observadas sugieren que los cometas han sido probablemente un aporte minoritario de la atmósfera de Titán.

Como en Marte, el campo magnético generado por Titán es despreciable y quizá inexistente. Además, la velocidad relativa de Titán en el campo magnético de Saturno en realidad aceleraría las reacciones dentro de la atmósfera de Titán, en lugar de preservar a la atmósfera de la erosión del viento solar.

Resumiento existen tres factores claros que han podido ayudar a preservar la atmósfera de Titán con respecto a la de Ganímedes o Marte.

  1. La mayor lejanía del Sol implica una menor temperatura, temperaturas bajas significan velocidades de los gases bajas que se mantienen por encima de un valor crítico llamado velocidad de fuga, a partir del cual escapan libremente al espacio.
  2. La Mayor lejanía del Sol de Titán (2 veces más que Ganímedes y 6 más que Marte) implican una actividad del viento solar mucho menor con lo que su capacidad de erosión está fuertemente disminuida aunque continúa existiendo.
  3. El tercer factor es que una menor radiación solar que reduce reacciones de fotólisis que provocan que la molécula se rompa en radicales más ligeros y que éstos puedan escapar al ser más ligeros (y por tanto más rápidos).

Es razonable pensar que algún proceso geológico en el interior de Titán haya podido reponer la atmósfera perdida. El nitrógeno y el metano ha podido ser liberado de los clatratos, un tipo de hielo que encierra gases como en una trampa.

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Fuente original
Publicado en Odisea cósmica
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2 comentarios:

castorscout dijo...

Un artículo claro y bien presentado.
No tenía idea del asunto, pero bueno, solo soy un curioso de estos temas.
Gracias por el esfuerzo y el interés de publicar.

Galileo dijo...

Gracias a tí por estar ahí.

Saludos