Un submarino en Titán

Titán es uno de los mundos más fascinantes del Sistema Solar. Para muchos es quizás el más fascinante. No en vano, se trata del único lugar donde podemos encontrar lagos y mares aparte de la Tierra. La pequeña diferencia es que todo este líquido es metano a -183º C en vez de agua.

Proyecto de sonda europea para estudiar la superficie de los lagos de metano de Titán (ESA).

En Titán, el equivalente del ciclo hidrológico terrestre transporta metano y etano por todo el globo a través de procesos tales como evaporación, condensación (nubes) y lluvia. Los lagos y mares sufren una variación de su superficie de acuerdo con las estaciones, que en Titán duran 7,25 años. Durante el invierno del hemisferio norte, las nubes de metano-etano descargan sobre las regiones árticas favoreciendo la formación de grandes mares y lagos. En verano, los lagos se evaporan y el metano es transportado en forma de nubes al hemisferio contrario, donde es invierno. O, por lo menos, esta es la idea. Lo cierto es que aún existen muchas dudas sobre los lagos de Titán: ¿cuál es su composición exacta? En concreto, ¿cuál es la proporción de etano existente? ¿Qué reacciones químicas precisas tienen lugar en estas masas líquidas?¿Cómo se disuelven las complejas moléculas orgánicas atmosféricas en los lagos? Y lo más importante, ¿se alimentan los lagos de reservas subterráneas de metano (alcanóferos) o de la lluvia?

Esquemas del ciclo del metano en Titán (NASA).

Los lagos de Titán son por tanto uno de los lugares más interesantes del Sistema Solar y su exploración debería ser prioritaria. En enero de 2005, la sonda europea Huygens aterrizó en este satélite de Saturno, pero no pudo aportar ninguna información sobre los lagos al descender en las latitudes medias de la luna. Por entonces se desconocía que los lagos se encontraban en las regiones polares.

Actualmente, la NASA no contempla ninguna misión de tipo Flagship (las más caras y complejas) hacia este satélite, ya que la prioridad planetaria durante la próxima década será la sonda JEO (Jupiter Europa Orbiter). JEO fue seleccionada en detrimento de TSSM (Titan-Saturn System Mission), que sí incluía un estudio en profundidad de Titán. No obstante, lo cierto es que JEO estará dedicada a investigar un mundo no menos fascinante, como es el caso de Europa, la luna de Júpiter.

Pero parece que no tendremos que esperar veinte años para explorar los lagos de Titán. Si el presupuesto lo permite, la NASA podría aprobar en 2015 una misión mediana de tipo New Frontiers consistente en una sonda destinada a navegar por los procelosos mares de metano. Ya se ha propuesto una misión de tipo Discovery (las más baratas) a Titán: TiME (Titan Mare Explorer). El problema de TiME es que es demasiado limitada para responder a la enorme cantidad de preguntas que debería abordar una misión de este tipo. Si queremos estudiar en detalle los lagos de Titán, no basta un barco. Debemos dirigirnos a las profundidades para desentrañar todos los misterios. Necesitamos un submarino.

Los objetivos científicos de una misión a los lagos de Titán serían cuatro:

  • Evolución atmosférica: se estudiaría la atmósfera durante el descenso y desde la superficie del lago. Estos resultados se podrían comparar con los datos obtenidos directamente por la sonda Huygens y los resultados indirectos de la Cassini.
  • Estudio de la interacción entre los lagos y la atmósfera.
  • Química de los lagos, superficial y en profundidad. En este último caso necesitamos un submaino.
  • Estudio interior Titán analizando las mareas. La presencia de mareas podría demostrar que Titán tiene un océano interior de agua bajo la corteza de hielo, similar al que se supone existe en Ganímedes. En este caso, las baterías no serían suficientes para garantizar la duración de esta misión.

Según el presupuesto disponible, se han ideado cuatro versiones de esta sonda. Las principales limitaciones en una misión con estas características se deben a la energía eléctrica y a las comunicaciones con la Tierra. En el primer caso, si queremos que la misión dure más de unas pocas horas tenemos que equipar la sonda con generadores de radioisótopos (RTG), lo que encarece considerablemente la misión (el plutonio no es barato). Para disminuir los costes, la nave usaría ASRG (Advanced Stirling Radioisotope Generator), cuatro veces más eficientes que los RTG. Lo que a su vez implica usar cuatro veces menos cantidad de plutonio. Como contrapartida, los ASRG incluyen partes móviles que condicionan la duración del dispositivo.

Dos esquemas de funcionamiento de un ASRG (NASA).

En el segundo caso, para garantizar un flujo de datos casi continuo necesitamos un orbitador que retransmita los resultados de la sonda en la superficie, lo que aumenta increíblemente la complejidad de la misión. La opción más cara sería mandar el equipo completo: un orbitador, un barco con ASRG y un submarino que se hundiría en las profundidades de los mares de Titán antes de volver a la superficie. Esta variante es tan costosa que entraría directamente en la categoría de Flagship, pero otras opciones serían más económicas (1300-1500 millones de dólares).

Opciones para una misión para estudiar los lagos de Titán (NASA).
Los diferentes esquemas de misión para Titán (NASA).



Configuración de vuelo de las versiones más simples sin orbitador (NASA).
Configuración de vuelo de la versión con orbitador y barco-submarino. El diámetro del escudo térmico sería de 2,6 m (NASA).
Etapas del descenso (NASA).
Diferentes masas de las distintas versiones (NASA).

La opción más cara incluiría un barco con un sumergible. El submarino analizaría las profundidades del lago e intentaría llegar al fondo del mismo antes de regresar horas después a la superficie para retransmitir los resultados a la Tierra. Otra posibilidad sería un barco sin sumergible, siendo la opción más barata el diseño con baterías, lo que limitaría su duración a unas pocas horas. Por último, otra versión económica consistiría en un sumergible sin barco. En este caso, la nave entraría en la atmósfera de Titán y se zambulliría directamente en los lagos, alcanzando el fondo y analizando su composición antes volver a la superficie. En las versiones sin orbitador, las sondas-barco necesitarían una antena de alta ganancia de 80 cm para comunicarse directamente con la Tierra. Sólo las opciones con ASRG garantizan una vida útil de 16 días, el tiempo de revolución de Titán alrededor de Saturno, necesaria para verificar la presencia de mareas.

 Sonda-barco para Titán con ASRG y un sumegible independiente (NASA).
Sonda-barco sin submarino, pero diseñado para una misión de larga duración con ASRG. Se aprecia la gran antena en la parte superior (NASA).
Sonda-barco para una misión de corta duración con baterías (NASA).
Opción de submarino sin barco, dividida en un módulo de exploración del suelo del lago y otro de flotación. El diámetro del escudo térmico sería de 2,1 m (NASA).

El mayor desafío a la hora de construir un submarino es diseñarlo para que pueda aguantar las temperaturas criogénicas de la luna (inferiores a -180º C). Una combinación de compartimentos al vacío y/o aislantes como el aerogel sería capaz de mantener la sonda a una temperatura adecuada para su correcto funcionamiento. La trayectoria a elegir también es otro punto importante. No existe actualmente ningún lanzador capaz de mandar una nave de cierta masa directamente hacia Saturno, por lo que las misiones contemplan asistencias gravitatorias con otros planetas. Si la sonda es ligera, bastaría con un sobrevuelo de la Tierra, pero si la misión es más compleja se requerirían tres sobrevuelos de la Tierra y dos de venus antes de alcanzar Saturno nueve años después del lanzamiento. La trayectoria debe ser elegida de tal forma que sea verano en el momento del aterrizaje.

Posibles trayectorias para la sonda: versión ligera (arriba) o pesada (bajo). El segunda caso requeriría nueve años de viaje, frente a los seis del primero (NASA).

En cuanto al objetivo de esta sonda, lo lógico sería explorar el gran Kraken Mare, situado en el polo norte de Titán. El lago Ontario, mucho más pequeño, sería el único destino viable en el hemisferio sur, aunque la precisión de la trayectoria de entrada tendría que ser considerablemente mayor en este caso.

Los lagos del hemisferio norte. Destaca el mar Kraken (NASA).
Reflejo de luz solar en el Kraken Mare (NASA).
El lago Ontario en el hemisferio sur (NASA).
Imagen de radar del lago Ontario tomada por la Cassini (NASA).

Titán es un destino increíble que promete revolucionar nuestras ideas sobre el origen de la vida. Independientemente de la opción elegida, está claro que nuestra generación tiene ante sí un desafío único inimaginable hace unos años: explorar por primera vez las profundidades de un mar alienígena.

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25 Comentarios

  1. Ojala veamos una exploracion de sondas como la de Marte.
    Si sigue adelante que envien camaras por favor…perder la oportunidad de ver la superficie de un lago de otro mundo debe ser increible.

  2. Hola Daniel lei por ahi (creo que basado en un libro de Zubrin) que titan sería relativamente hospitalaria para el ser humano porque no se necesita llevar trajes de presión, tan sólo oxigeno para respirar y algo abrigado 😉 Decía también que por la baja gravedad y la atmósfera tan densa bastaria que una persona se pusiera un par de alas en los brazos para echar a volar… ¿que habrá de cierto en eso? en cuanto a no llevar traje, se me ocurre que alguna protección contra la radiación habrá que tener, o no es un factor importante? Gracias por otra entrada excelente!!

    1. En el corto Wanderers (aquí en Eureka se dedicó una entrada, creo recordar), se mostraban a unos exploradores sobrevolando los oceanos de Titán mediante alas en los brazos, tal y como comentas.

  3. Espero que en algún momento sea una realidad y no otro proyecto en el papel.
    Es un muy buen informe, lo que si seria bueno, algo sobre el tema de la trayectoria y el método utilizado, porque lanzar una sonda desde la tierra que viaje por 6 años y mas de 1000 millones de kilómetros, y luego que ingrese en la atmósfera de titan y que alcance un lago de un poco mas de 90km. Parece difícil de creer.

  4. @DarkSapiens: según las conclusiones de los informes preliminares, es prioritario el estudio en profundidad de los lagos para estudiar el gradiente de las características físicas y químicas. Así se podrá discriminar entre modelos con alcanóferos o basados en la lluvia, etc.

    @Anónimo: pues es verdad. No hace falta un traje de presión en la superficie de Titán. Lo que ocurre es que las temperaturas de Titán son bajísimas (90 K), por lo que la calefacción de un traje sería un problema mayúsculo (no me imagino yo usando RTG en un traje).

    @Anónimo2: pongo un par de imágenes sobre la trayectoria elegida, que incluye sobrevuelos de la Tierra. A lo mejor amplío el post en lo relativo a este tema.

    Un saludo.

  5. No me quiero ni imaginar lo que debe ser estar caminando por titan a 90K con una máscara de oxigeno y vestido con la mejor tecnología en indumentaria para frios articos, debe ser imposible mantener el calor corporal, la ropa debería poder colefaccionarse de algún modo, de lo contrario, en cuestión de minutos te congelas y creo que ni te das cuenta. Un saludo
    Horacio de Argentina.

  6. enhorabuena por el blog. Es lo mejor que he visto, de cualquier tipo, la verdad. Lástima que no tenga tiempo para leerlo todo y a fondo. Bueno, sólo quería felicitarte y agradecerte la pasión que trasmites, en este caso por una misión a Titán.

  7. el viejo stirling, la tecnologia del siglo XIX parece estar de moda en la nasa, no se yo si un solo rtg sera suficiente para alimentar a los sistemas de la nave y de paso mantener la electronica operativa, todo ese metano liquido ha de ser un quebradero de cabeza termico.

  8. Hola Daniel te felicito una vez más, al final pones la foto del Lago Ontario “impresionante por cierto” tú que entiendes de sobremanera de estos temas ¿no te parece que el lago en si esta seco y que solo parece que hay liquido en la parte de arriba del lago en la zona central oscura?……..¡!¿Que profundidad puede tener?.

  9. Daniel, la propulsión iónica no permitiría reducir ese tiempo de viaje o por lo menos permitir enviar directamente un vehículo pesado hacia Saturno? o todavía no tienen la suficiente confianza en estos motores o no están completamente desarrollados motores más grandes?

  10. Muchas gracias por los comentarios.

    @Anónimo1: el lago puede ser poco profundo en algunos puntos, pero es que en la imagen de radar parece aún menos profundo (las ondas de radio penetran hasta una profundidad mayor que la luz visible).

    @Gargamelle: no, no es una errata (por esta vez 😉
    Me refiero a que Ganímedes tiene un manto acuoso y se supone que Titán podría también poseer uno.

    @Leroy: sí que podría, pero la NASA no quiere apostar por este sistema, principalmente porque para reducir significativamente el tiempo de viaje se requeriría un reactor nuclear para alimentar los motores.

    Un saludo.

  11. gracias por la respuesta. aunque ahora sí que estoy hecho un lío. A ver si es así: se supone que Ganímedes y Titán podrían tener agua bajo una corteza de hielo (usease, en el manto¿?) y Europa podría tener un océano de agua bajo una capa de hielo (pero encima de la corteza¿?). O simplemente es que los 3 pueden tener agua en la superficie pero bajo el hielo… aj!

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 6 diciembre, 2010
Categoría(s): ✓ Astronáutica • Astronomía • NASA • Saturno • sondasesp