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El día a día de la Ciencia

La memoria magnética de Titán y la aurora de Saturno

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¿Cómo interactúa el viento solar con los cuerpos celestes? ¿Qué nos protege de sus embates, y cómo se relaciona esto con el origen de la vida?

por César Bertucci

El campo magnético de la Tierra nos protege eficientemente de los embates del viento solar. Si no fuera por la presencia de este escudo magnético, el gas ionizado (o plasma) proveniente de nuestra estrella más cercana impactaría directamente con nuestra atmósfera, provocando un proceso de erosión sobre ella muy similar a la que genera el viento sobre una duna de arena. Hoy en día, se piensa que la ausencia de agua líquida en Marte se debe al escape de su atmósfera por acción del viento solar actuando a lo largo de miles de millones de años.

En el sistema solar, muchos cuerpos poseen campos magnéticos intrínsecos como la Tierra. Ellos son Júpiter, Saturno, Urano, Neptuno e incluso Mercurio. En todos estos planetas, sus campos magnéticos generan una cavidad o una burbuja magnética en el plasma interplanetario de origen solar. Estas cavidades reciben el nombre de magnetósferas intrínsecas.

Entre los que no poseen campos propios figuran el ya mencionado Marte, Venus, y otros cuerpos que, sin ser considerados planetas, poseen un tamaño comparable y una atmósfera densa. Este es el caso de la luna más grande de Saturno y uno de los objetos más enigmáticos del sistema solar: Titán.

Titán fue descubierta por Christiaan Huygens en 1655. Pero fue recién en el siglo XX que Titán comenzó a adquirir relevancia a raíz del descubrimiento de metano gaseoso, lo cual la ubicaba como la primera luna en poseer una atmósfera. Observaciones subsiguientes determinaron la presencia de una cantidad notable de gas nitrógeno, razón por la cual los científicos comenzaron a preguntarse si Titán podría parecerse a la Tierra antes del surgimiento de la vida.

En el siglo XX también comenzó la exploración in situ de Titán mediante sondas espaciales. En 1980, la sonda Voyager 1 fue la primera en proveernos información directa sobre su atmósfera y su entorno. Las imágenes revelaron un mundo opaco rodeado de una atmósfera espesa y gélida, compuesta por hidrocarburos de estructura compleja. En particular, la acción de la luz ultravioleta del sol contribuye a formar macromoléculas que conforman unas sustancias de color rojizo a marrón denominadas Tholins.

Son los Tholins, junto a otros elementos ópticamente densos, los que justamente impiden observar directamente su superficie. Por otro lado, los magnetómetros de Voyager 1 pudieron confirmar que Titán no posee un campo magnético propio. Esto implica que, de la misma manera que Venus y Marte, la atmósfera de Titán se encuentra expuesta a la erosión por parte del plasma de Saturno, ya que la órbita de Titán se encuentra completamente dentro de la magnetósfera del planeta.

La acción del plasma magnetosférico de Saturno sobre la atmósfera de Titán da lugar a lo que se conoce, a su vez, como una magnetósfera inducida, que es el resultado de la transferencia de energía y cantidad de movimiento de flujo magnetizado de partículas cargadas a las partículas ionizadas de la atmósfera de un objeto no magnetizado.

Como consecuencia de esta transferencia, el flujo de plasma de Saturno se desacelera cerca de Titán y las líneas de campo magnético del planeta se acumulan delante de la luna. A ambos costados de ella, las líneas de campo magnético continúan desplazándose de manera imperturbable envolviéndola, como si fuera una ‘sábana magnética’. A esto llamamos una magnetosfera inducida.

Veinticuatro años después de Voyager 1, la sonda espacial Cassini comenzó a obtener nuevas mediciones en torno a Titán. Se espera que la sonda continúe orbitando Saturno hasta 2017. En el Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA) estudiamos las mediciones del magnetómetro de Cassini en torno a Titán y las interpretamos a fin de saber más sobre la forma en la que las atmósferas de objetos no magnéticos se erosionan producto de la interacción con sus entornos de plasma.

Recientemente tuvimos el privilegio de ser testigos de un hecho poco común: la salida de Titán de la magnetósfera de Saturno por unas cuantas horas. Este fenómeno, capturado por los instrumentos de Cassini, nos permitió estudiar por primera vez qué sucede cuando Titán interactuaba directamente con el viento solar en lugar del viento magnetosférico de Saturno.

Las conclusiones no fueron menos interesantes ya que a pesar de haber dejado la magnetósfera de Saturno, la magnetósfera inducida generada por el planeta todavía permanecía ‘enganchada’ alrededor de Titán. Pero lo que era aun más interesante, es que una nueva magnetósfera inducida se iba formando por encima de aquélla más antigua, dando lugar a una topología del campo magnético sumamente compleja y jamás vista.

Esta magnetósfera inducida en forma de cebolla, con capas de campos ‘viejos’ ubicándose por debajo de las capas de campos más recientes nos llevó a hablar de magnetósferas ‘fosilizadas’. Es como si Titán, en su interacción con su entorno de plasma, fuera grabando en su atmósfera información sobre los campos magnéticos a los que estuvo expuesta: una especie de ‘memoria magnética’ de la atmósfera de Titán, cuya caracterización es de suma importancia en el estudio del proceso de erosión de su atmósfera.

Como paso siguiente a este hallazgo, en este momento estamos estudiando las consecuencias que estas excursiones de Titán dentro del viento solar tienen sobre Saturno. En particular, tratamos de medir el impacto de este tipo de fenómenos sobre la aurora ultravioleta de Saturno, ya que el límite de su magnetósfera se encuentra conectada magnéticamente a la alta atmósfera del planeta a latitudes cercanas a los polos magnéticos. Para tal fin analizaremos mediciones simultáneas de Cassini y del Hubble Space Telescope durante los próximos dos años. Estamos seguros que esas mediciones traerán nuevos resultados inesperados e interesantes.

César Bertucci es investigador independiente de CONICET y miembro del equipo del magnetómetro de Cassini. Obtuvo la licenciatura en Astronomía en la Universidad Nacional de Córdoba en 2000 y el Doctorado en Planetología y Ciencias Espaciales en la Universidad Paul Sabatier de Toulouse, Francia, en 2003. Actualmente trabaja en el Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, CONICET-UBA).

Fuente: CONICET / Martes 6 de Agosto de 2013

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