La luna más grande de Saturno, Titán, es la única luna en el sistema solar con una atmósfera densa, y también es el único cuerpo planetario aparte de la Tierra que actualmente tiene ríos, lagos y mares. Sin embargo, a diferencia de la Tierra, el líquido en la superficie de Titán está compuesto de hidrocarburos que incluyen metano y etano, no agua. Su atmósfera está llena de neblina espesa que oscurece la luz visible que se refleja en la superficie.
Titán es más grande que la luna de la Tierra, e incluso más grande que el planeta Mercurio. Titán es la única luna de nuestro sistema solar que tiene nubes y una atmósfera densa. Aparte de la Tierra, Titán es el único lugar en nuestro sistema solar conocido por tener líquidos en su superficie.
Imágenes de la luna Titán de Saturno, capturadas por el instrumento NIRCam del Telescopio Espacial James Webb el 4 de noviembre de 2022. Izquierda: Imagen usando F212N, un filtro de 2.12 micras sensible a la atmósfera inferior de Titán. Los puntos brillantes son nubes prominentes en el hemisferio norte. Derecha: Imagen compuesta en color usando una combinación de filtros NIRCam: Azul = F140M (1.40 micras), Verde = F150W (1.50 micras), Rojo = F200W (1.99 micras), Brillo = F210M (2.09 micras). Varias características prominentes de la superficie están etiquetadas: se cree que Kraken Mare es un mar de metano; Belet está compuesto de dunas de arena de color oscuro; Adiri es una característica brillante del albedo. Crédito: NASA, ESA, CSA, A. Pagan (STScI). Ciencia: Equipo JWST Titan GTO
En la mañana del sábado 5 de noviembre, un equipo internacional de científicos planetarios se despertó con gran deleite con las primeras imágenes de Webb de la luna más grande de Saturno, Titán. Aquí, el investigador principal Conor Nixon y otros en el equipo del programa 1251 de Observación de Tiempo Garantizado (GTO) que utilizan Webb para investigar la atmósfera y el clima de Titán describen sus reacciones iniciales al ver los datos.
Habíamos esperado durante años para usar la visión infrarroja de Webb para estudiar la atmósfera de Titán, incluidos sus fascinantes patrones climáticos y composición gaseosa, y también ver a través de la neblina para estudiar las características del albedo (manchas brillantes y oscuras) en la superficie. La atmósfera de Titán es increíblemente interesante, no solo por sus nubes de metano y tormentas, sino también por lo que puede decirnos sobre el pasado y el futuro de Titán, incluso si siempre tuvo una atmósfera. Quedamos absolutamente encantados con los resultados iniciales.
El miembro del equipo Sebastien Rodriguez de la Université Paris Cité fue el primero en ver las nuevas imágenes, y alertó al resto de nosotros por correo electrónico: “¡Qué despertar esta mañana (hora de París)! ¡Muchas alertas en mi buzón! Fui directamente a mi computadora y comencé de inmediato a descargar los datos. A primera vista, ¡es simplemente extraordinario! ¡Creo que estamos viendo una nube!” Heidi Hammel, líder del proyecto GTO del Sistema Solar Webb, de la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA), tuvo una reacción similar: “¡Fantástico! Me encanta ver la nube y las marcas obvias de albedo. ¡Así que estoy deseando que lleguen los espectros! ¡Felicidades a todos!!! ¡Gracias!”
Evolución de las nubes en Titán durante 30 horas entre el 4 y el 6 de noviembre de 2022, visto por Webb NIRCam (izquierda) y Keck NIRC-2 (derecha). El hemisferio posterior de Titán que se ve aquí está girando de izquierda (amanecer) a derecha (tarde) como se ve desde la Tierra y el Sol. La nube A parece estar girando a la vista, mientras que la nube B parece estar disipándose o moviéndose detrás de la extremidad de Titán (alrededor hacia el hemisferio que se aleja de nosotros). Las nubes no son duraderas en Titán o la Tierra, por lo que las vistas el 4 de noviembre pueden no ser las mismas que las vistas el 6 de noviembre. La imagen NIRCam utilizó los siguientes filtros: azul = F140M (1.40 micras), verde = F150W (1.50 micras), rojo = F200W (1.99 micras), brillo = F210M (2.09 micras). La imagen Keck NIRC-2 utilizó: Rojo = He1b (2.06 micras), Verde = Kp (2.12 micras), Azul = H2 1-0 (2.13 micras). Crédito: NASA, ESA, CSA, W. M. Keck Observatory. A. Pagan (STScI). Ciencia: Equipo Webb Titan GTO
Así comenzó un día de actividad frenética. Al comparar diferentes imágenes capturadas por la Cámara de Infrarrojo Cercano de Webb (NIRCam), pronto confirmamos que un punto brillante visible en el hemisferio norte de Titán era de hecho una gran nube. No mucho después, notamos una segunda nube. La detección de nubes es emocionante porque valida las predicciones de larga data de los modelos informáticos sobre el clima de Titán, que las nubes se formarían fácilmente en el hemisferio norte medio durante su final del verano, cuando la superficie es calentada por el Sol.
Entonces nos dimos cuenta de que era importante averiguar si las nubes se movían o cambiaban de forma, lo que podría revelar información sobre el flujo de aire en la atmósfera de Titán. Así que rápidamente nos pusimos en contacto con colegas para solicitar observaciones de seguimiento utilizando el Observatorio Keck en Hawai esa noche. Nuestro líder del equipo Webb Titan, Conor Nixon, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, escribió a Imke de Pater dela Universidad de California,Berkeley, y Katherine de Kleer del Instituto de Tecnología de California (Caltech), quienes tienen una amplia experiencia en el uso de Keck: “Acabamos de recibir nuestras primeras imágenes de Titán de Webb, tomadas anoche. ¡Muy emocionante! Parece haber una gran nube, creemos que sobre la región polar norte cerca de Kraken Mare. Nos preguntábamos acerca de una observación de seguimiento de respuesta rápida en Keck para ver cualquier evolución en la nube”.
Después de negociaciones con el personal de Keck y los observadores que ya habían sido programados para usar el telescopio esa noche, Imke y Katherine rápidamente pusieron en cola un conjunto de observaciones. El objetivo era sondear Titán desde su estratosfera hasta la superficie, para tratar de atrapar las nubes que vimos con Webb. ¡Las observaciones fueron un éxito! Imke de Pater comentó: “Nos preocupaba que las nubes desaparecieran cuando miramos a Titán dos días después con Keck, pero para nuestro deleite había nubes en las mismas posiciones, pareciendo que habían cambiado de forma”.
Después de obtener los datos de Keck, recurrimos a expertos en modelado atmosférico para que nos ayudaran a interpretarlos. Uno de esos expertos, Juan Lora de laUniversidad de Yale, comentó: “¡Emocionante! ¡Me alegro de que estemos viendo esto, ya que hemos estado prediciendo un buen poco de actividad en las nubes para esta temporada! No podemos estar seguros de que las nubes del4 y 6denoviembre sean lasmismas nubes, pero son una confirmación de los patrones climáticos estacionales”.
El equipo también recolectó espectros con el Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano de Webb (NIRSpec), que nos da acceso a muchas longitudes de onda que están bloqueadas a telescopios terrestres como Keck por la atmósfera de la Tierra. Estos datos, que todavía estamos analizando, nos permitirán sondear realmente la composición de la atmósfera inferior y la superficie de Titán de una manera que incluso la nave espacialCassinino podría, y aprender más sobre lo que está causando la característica brillante vista sobre el polo sur.
Esperamos más datos de Titán de NIRCam y NIRSpec, así como nuestros primeros datos del Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) de Webb en mayo o junio de 2023. Los datos de MIRI revelarán una parte aún mayor del espectro de Titán, incluidas algunas longitudes de onda que nunca antes habíamos visto. Esto nos dará información sobre los gases complejos en la atmósfera de Titán, así como pistas cruciales para descifrar por qué Titán es la única luna en el Sistema Solar con una atmósfera densa.
Maël Es-Sayeh, estudiante graduado de la Université Paris Cité, espera con especial interés estas observaciones: “Utilizaré los datos de Webb en mi investigación de doctorado, por lo que es muy emocionante finalmente obtener los datos reales después de años de simulaciones. ¡No puedo esperar a ver qué vendrá en la segunda parte el próximo año!”
Referencia: Margaret W. Carruthers, Office of Public Outreach, Space Telescope Science Institute.
