Missión Cassini-Huygens

Esta imagen en color natural muestra la atmósfera superior de Titán, un lugar activo donde las moléculas de metano son escindidas por la luz solar ultravioleta y los productos se combinan para formar compuestos como etano y acetileno. Créditos: NASA/JPL/Instituto de Ciencia Espacial

Los científicos planetarios están un poco más cerca de entender la composición del polvo de la atmósfera de Titán. Un programa de estudios de laboratorio de una década de duración, dirigido a reproducir el polvo único de Titán, ó 'aerosol', en reactores especiales, ha demostrado ser de gran utilidad.

Los aerosoles son pequeñas partículas sólidas que flotan en el aire. En la Tierra a menudo son el resultado de la presencia de contaminantes en la atmósfera. En Titán se producen de manera natural y son abundantes, enmascarando la superficie.

Para analizar estas partículas, la Huygens calentó muestras a 600 ºC para vaporizarlas en fragmentos volátiles. Esta técnica, conocida como pirólisis, fue realizada por el experimento Colector y Pirólisis de Aerosol (ACP). Los gases resultantes pasaron a través del Espectrómetro de Masas y Cromatógrafo de Gases (GCMS) para su análisis.

Los resultados del GCMS proporcionaron a los científicos una lista de componentes químicos que forman esas partículas. Después los científicos tuvieron que calcular la composición química exacta y determinar cómo se formaron. Anticipándose diez años, un equipo de científicos franceses empezó a crear sus análogos de laboratorio, llamados 'tolinas', para poder comparar.

Las tolinas son sustancias complejas ricas en nitrógeno que se forman en laboratorio cuando radiación ultravioleta ó electrones reaccionan con moléculas simples, como metano y etano, en una atmósfera rica en nitrógeno. En Titán, la presencia de metano y de una atmósfera rica en nitrógeno facilita su formación, cayendo hacia la superficie, donde continúan reaccionando con otros átomos y moléculas.

Ante el reto de crear tales moléculas, el equipo francés diseñó una cámara especial de reacción para simular la atmósfera de Titán y producir las tolinas para su estudio. 'Podemos generar más de 200 especies químicas', afirma Patrice Coll, miembro del equipo en el Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA), de París. 'No sabemos todavía el modo detallado en que se producen las sustancias, pero creemos que es de una manera muy parecida a como ocurre en Titán'.

Los aerosoles gobiernan lo que se puede ver en Titán. Crean la bruma, estudiada por la Huygens, que cubre la luna y le da su característico color anaranjado. Si se pudiese estar en la superficie de Titán y ver en infrarrojo, la bruma y las nubes desaparecerían y Saturno se eregiría enorme en el cielo nocturno. Esto es debido a que los aerosoles son en gran parte invisibles a longitudes de onda infrarrojas. Si se pudiese ver en ultravioleta, en cambio, se estaría rodeado de oscuridad debido a que, a esas longitudes de onda, las tolinas se comportan como una niebla espesa que absorbe toda la radiación ultravioleta que le llega.

El trabajo del equipo ya ha resuelto un misterio de los datos de la Huygens al mostrar que los aerosoles deben contener estructuras con amoníaco, incluso si no hubiese amoníaco, o hubiese poco, en la atmósfera, donde se crean las partículas. El equipo llegó a esta conclusión mediante el análisis de los productos de la pirólisis y la proporción de isótopos de carbono en las tolinas de laboratorio.

El carbono, como muchos otros elementos, tiene cierta cantidad de isótopos diferentes. Los isótopos contienen cantidades diferentes de partículas electricamente neutras en el núcleo atómico y por lo tanto tienen diferentes pesos. El peso de un átomo influye en la facilidad con que reacciona con otros átomos. Normalmente, los isótopos ligeros reaccionan más rapidamente y forman moléculas con más rapidez que los isótopos más pesados. Mai-Julie Nguyen, miembro del equipo de LISA, analizó la proporción isotópica en en las tolinas de laboratorio y, sorprendentemente, no encontró que hubiese mayores cantidades del isótopo más ligero del carbono, a pesar de su complejidad química.

El equipo usó los nuevos resultados para interpretar los datos del ACP - GCMS de la Huygens. Descubrieron que el material recogido por el ACP en la atmósfera de Titán liberó amoníaco cuando fue calentado a 600 ºC. Esto proporciona información esencial sobre la composición elemental y molecular de los aerosoles de Titán.

La tarea de analizar los datos del GCMS continúa. 'Este último artículo muestra que para interpretar correctamente los resultados debemos tener información clara sobre la complejidad de los aerosoles', según Francois Raulin, científico interdisciplinario de la Huygens, en el Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement, París.

Este artículo está basado en dos artículos que aparecerán en un número especial de la revista Planetary and Space Science, dedicada a los resultados de la Huygens: 'Carbon isotopic enrichment in Titan's tholins? Implications for Titan's aerosols', de M. Nguyen et al., y 'A technique to determine the mean molecular mass of a planetary atmosphere using pressure and temperature measurements made by an entry probe: demonstrating using Huygens data', de P.Withers.

La misión Cassini-Huygens es un proyecto cooperativo de la NASA, la Agencia Espacial Europea y la Agencia Espacial Italiana (ASI).