Satélites Naturales
de Saturno

La siguiente misión a Saturno y sus lunas tras las Voyager se hizo esperar más de dos décadas, pero mereció la pena ya que la misión Cassini-Huygens proporcionó imágenes impactantes y una información sobre el planeta, sus anillos y sus lunas que sobrepasó todas las expectativas. El nombre se escogió como homenaje al astrónomo italiano Giovanni Cassini, descubridor de las divisiones de sus anillos y de cuatro de sus lunas, y al astrónomo holandés Christiaan Huygens, descubridor de Titán.

En el diseño de esta misión y la contrucción de sus componentes participaron de forma prncipal, la NASA (concretamente el Laboratorio de Propulsión a Chorro), la ESA (su Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial) y la ASI (la Agencia Espacial Italiana). A grandes rasgos, la agencia norteamericana desarrolló el orbitador y la ESA el de Huygens, mientras que la ASI proporcionó la antena de radio de alta ganancia (HGA) del orbitador Cassini.

Para su lanzamiento se usó un cohete Titán IVB/Centauro, que despegó desde Cabo Cañaveral (Florida, EE. UU.) el 15 de octubre de 1997 a las 10:43:00, hora peninsular. Tras el empleo de sobrevuelos de apoyo gravitacional a Venus (dos veces), la Tierra y Júpiter, entró en órbita a Saturno en junio de 2004.

Sin embargo, semanas antes de la llegada al planeta anillado las cámaras e instrumentos de la nave ya empezaron a estudiar el sistema saturnal, con el primer gran éxito de la misión en esta fase: el descubrimiento de tres lunas desconocidas. Estudios posteriores de las imágenes y datos enviado por la sonda permitieron identificar otros cuatro nuevos satélites de Saturno.

El 11 de junio de 2004, 19 días antes de su inserción orbital en saturno, Cassini sobrevoló Febe, ofreciendo imágenes nuevas de gran detalle de esta luna, que posibilitaron a los científicos detectar la existencia de grandes cantidades de hielo de agua en gran parte de su superficie cubierto por una fina capa de material oscuro. Es una capa delgada, salvo en el polo sur, que se engrosa. Este hielo pudo captarse gracias al espectrómetro de mapeo visible e infrarrojo (VIMS) de Cassini.

Para hacernos una idea de las dimensiones de los elementos que aparecen en la imagen adjunta, donde se aprecia este hielo, se debe indicar que la escala es de 70 metros por píxel. Así, el cráter de la izquierda, con la mayoría de las hileras brillantes, tiene unos 45 km diámetro; la depresión más grande en la que se asienta el cráter tiene unos 100 km de ancho; las pendientes desde el borde hasta el suelo lleno de montículos tienen 20 km de largo, aproximadamente las) de largo, y muchas de las brillantes serpentinas de la pared del cráter tienen cerca de 10 km de longitud. Fue tomada desde una distancia de casi 12.000 km.

Al día siguiente de llegar a Saturno, la nave sobrevoló por primera vez Titán, a 339.000 km, detectando, a través de sus nubes de metano, áreas de ríos y canales de drenaje en la superficie de la luna, y un brillo diferente el la superficie del polo sur lunar. Un sobrevuelo posterior a sólo 1.200 km sobre la superficie del satélite, proporcionó las primeras imágenes de radar de la superficie de Titán, mostrando un terreno relativamente liso, que facilitaría el desarrollo de la misión Huygens.

Esta sonda Huygens tenía como objetivo desprenderse del orbitador Cassini y posarse sobre la gran luna de Saturno. La liberación se llevó a cabo a las 03:00 (hora peninsular) del 25 de diciembre de 2004, entrando en la atmósfera de Titán el 14 de enero de 2005 a las 11:13, hora peninsular. Durante el descenso suave y el aterrizaje, Huygens transmitió 700 fotografías a Cassini (la mitad de las cuales se transmitieron a la Tierra). El descenso, con el empleo de un paracaídas, duró 2,5 horas hasta que, a las 13:43, hora de Madrid, se posó sobre el suelo de Titán, en lo que sería el primer (y único hasta la fecha) aterrizaje conseguido en el sistema solar exterior.

Con la información dada por la sonda Cassini en su sobrevuelo cercano de 1.200 km a Titán, parecía probable que la sonda caería en una superficie líquida, pero muy al contrario, aterrizó en terreno firme, en un lugar bautizado como Hubert Curien Memorial Station, en memoria del primer presidente de la ESA, en una región llamada Adiri¹.

Como queda representado en la segunda animación del vídeo del descenso simulado (el primero de los dos de Huygens), el impacto inicial de la sonda con la superficie creó un pequeño agujero, de 12 cm de profundidad, y arrojó polvo a la atmósfera. Luego, la sonda rebotó y se deslizó entre 30 y 40 cm para pasar a tambalearse hasta detenerse. Se registraron vibraciones en los instrumentos de la sonda durante casi 10 segundos después del impacto. Este tambaleo se aprecia muy bién en el vídeo de la vista desde Huygens (el segundo), creado con datos recopilados por el instrumento Huygens Descent Imager/Spectral Radiometer (DISR) y estrenado el 14 de enero de 2015 para celebrar el décimo aniversario del aterrizaje de Huygen en Titán. Puede ver el vídeo completo en esta página web de la ESA, narrado en inglés.

A lo largo de los 22 días de viaje en solitario mantuvo todos los sistemas apagados, salvo el temporizador que le permitiría activarse 15 minutos antes de alcanzar la atmósfera lunar. Huygens tenía energía para las 2,5 horas de descenso en la atmósfera de Titán, y 3 minutos más para obtener y enviar información una vez hubiese tocado la superficie. Finalmente la sonda Cassini recopiló un total de 3 horas (media hora más de Huygens ya posada) antes de reorientar su antena de alta ganancia hacia la Tierra. Sin embargo, grantes telescopios terrestres, como el Robert C. Byrd Green Bank (GBT) de Virginia (EE. UU.), siguieron captando señales de Huygens mucho depués de que el orbitador hubiese dejado de prestar sun antena a Huygens. Las señales de Huygens dejaron de recibirse casi una hora después de aterrizar, sobre las 14:37 (hora peninsular).

Durante el descenso se obtuvo información sobre las nubes, los vientos y otros datos de la atmósfera de la luna, como su riqueza en nitrógeno (semejante a la atmósfera primitiva terráquea) y una gruesa y densa niebla a una altura de entre 18 y 20 km. Ya en el suelo, se hallaron indicios de guijarros, posiblemente trozos de hielo de agua, en el lugar de aterrizaje, además de observar características arcillosas y arenosas de la superficie, así como una fina capa de neblina de metano (posiblemente el final del la citada nube densa). El aterrizador midió una temperatura de -179,3 °C y una presión de 1,4484 atm.

El aterrizador Huygens no logró confirmar la presencia de acumulaciones de metano líquido ni lagos de hidrocarburos sobre el terreno. Pero su existencia se determino sin capacidad de error tras los 100 sobrevuelos posteriores con que Casssini observaría a Titan. En 2007 En 2007, Cassini descubrió enormes lagos y mares permanentes de metano, etano y propano líquidos en las regiones polares de la Luna. Era el primer cuerpo del sistema solar, además de la Tierra, con lagos y mares líquidos permanentes a temperatura ambiente en su superficie.

La sonda Huygens, de 320 kg, portaba los siguientes instrumentos científicos:

• >HASI (Huygens Atmospheric Structure Instrument): conjunto de sensores para medir las propiedades físicas y eléctricas de la atmósfera de Titán.
• DWE (Doppler Wind Experiment): instrumento que Cassini determinase con precisión la velocidad radial de Huygens con respecto al orbitador por medio del efecto Doppler.
• DISR (Descent Imager/Spectral Radiometer): espectrómetros visibles e infrarrojos y fotómetros violetas para medir el flujo de radiación en la atmósfera lunar y la superficie. Estos datos sirvieron para componer las imágenes obtenidas.
• GC/MS (Gas Chromatograph Mass Spectrometer): cromatógrafo de gases y espectrómetro de masas usados para analizar partículas y elementos químicos de Titán.
• ACP (Aerosol Collector and Pyrolyser): recolector de partículas de aerosol de la atmósfera para analizar los componentes por pirólisis.
• SSP (Surface Science Package): sensores diseñados para estudiar las propiedades físicas de la superficie en el punto de aterrizaje (fuese sólida o líquida). Destacaba una sonda acústica, que medía distancia de la superficie y velocidad de caída; las mediciones de la velocidad del sonido proporcionaron datos sobre la composición atmosférica y la temperatura. El paquete también contaba con un sensor de inclinación con el fin de medir el movimiento del péndulo durante el descenso y después del aterrizaje (por si se movía en caso de oleaje). Igualmente contaba con sensores de densidad, temperatura, conductividad, propiedades eléctricas y refracción, incluidos por si la superficie era líquida.

La sonda Huygens aterrizó en Titán hace XXX años, XXX días, XX horas, XX minutos, XX segundos.

Tras muchos años observando la luna, Cassini ha podido mostrar a los científicos, como se esperaba apesar de las imágenes de Huygens, lluvias de metano e inundaciones estacionales en Titán. El sobrevuelo número 100 de Cassini sobre Titán se llevó a cabo el 6 de marzo de 2014.

Sin embargo los asombrosos descubrimientos e imágenes obtenidas de la gran luna de Saturno no fueron los únicos de relevancia histórica en cuanto a los satelites del planeta. Así, su estudio de encélado dio resultados imprevistos a los investigadores. Quizá el principal fue el hallazgo de erupciones de vapor de agua de Encelado, poniendo el foco de atención de toda la comunicad científica en esta luna. De hecho, se modificó la órbita del orbitador para poder sobrevolar una de estas eyecciones, hecho que se consiguió el 12 de marzo de 2008. Con este sobrevuelo sobre la pluma de gas, Cassini detectó agua, dióxido de carbono e hidrocarburos, impulsando la hipótesis de la presencia de un océano subterráneo, lo cual fue comprobado en sobrevuelos posteriores (entre 2009 y 2012). La NASA confirmaba la existencia de un océano de agua salada bajo el suelo de Encélado en abril de 2014.

Este descubrimiento junto a la existencia de una fuente de calor (provocada por la contracción-dilatación que sufre la luna al por la gravedad de Saturno al orbitarlo), y a la detección de moléculas orgánicas en el material de las eyecciones por los géiseres de Encelado, han hecho de este satélite un mundo de gran interés en la exploración de hábitats capaces de albergar o haber albergado vida.

Otro satélite del que se obtuvo nuevos conocimientos gracias a esta misión fue de Jápeto. Esta luna tiene un hemisferio mucho más oscuro que el otro, y gracias al sobrevuelo de Cassini en 2007 se pudo resolver el misterio: el bloqueo de mareas (mostrando siempre el mismo lado a Saturno) y el vuelo de Jápeto a través del anillo creado por Febe hace que se acumule material oscuro en ese lado. Al haber un menor albedo ahí se absorbe más luz, lo que favorecen la sublimación del hielo de agua, vapor que se acumulará de nuevo como hielo en las zonas más frías y que, por tanto estarán más brillantes, dejando la capa oscura rica en carbono en ese hemisferio.

Tampoco el sobrevuleo de la, hasta entonces «aburrida» luna Hiperón, sorprendió a los científicos al detectar la nave un haz de partículas que la impactó en su visita del 26 de septiembre de 2005. De este inesperado flujo electrostático captado por instrumentos de la sonda se deducía que esta luna de aspecto esponjado poseía una superficie cargada estáticamente no descubierta en ningún otro mundo del sistema solar, salvo en nuestra Luna. Cassini quedó conectada magnéticamente a la superficie de Hiperión durante un breve período de tiempo, generándose que electrones de este satélite de Saturno escapasen hacia Cassini. La exposición de Hiperión a los rayos ultravioleta del sol y a una interacción fuerte con la magnetostera de Saturno, al contrario de lo que se suponía, es lo que generó el haz de partículas detectado por Cassini.

El mismo día que la NASA anunciaba el descubrimiento en Hiperión, publicaba otro sobre los datos enviados por la nave en su sobrevuelo de Mimas el 13 de febrero de 2010, los cuales daban pie a dos hipótesis: la luna albergaba un núcleo grande y alargado (como un balón de rugby) o bién poseía bajo su superficie un océano global de agua líquida. Ambos planetamientos eran los únicos que explicaban el movimiento de vaivém de la luna, durante su desplazamiento alrededor de Saturno, observado por la nave; una oscilacion que duplicaba la prevista. Hoy en día parece confirmada la presencia del océano líquido (ver el apartado referente a Mimas), con la gran repercusión que ello supone, añadiendo esta luna al selecto grupo de mundos oceánicos.

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Tras el final del periodo original de la misión, El Congreso de EE. UU. aprobó una ampliación en abril de 2008. Esta extensión se llamó Cassini Equinox Mission, con un periodo de investigación aumentado hasta septiembre de 2010. En esta fase se estudió el efecto del paso por el equinoccio de Saturno sobre el clima en Titán (y en el planeta). En esta misión extendida, además de las 60 nuevas órbitas alrededor del planeta, la nave sobrevoló Titán en 26 ocasiones, Encélado en 7, y practicó un sobrevuelo a Dione, a Rea, descubriendo en ambas lunas sendas atmósferas, delgadas (5.000 millones de veces menos densas que en la superficie de la Tierra). También sobrevoló una vez a Helena.

Aún se aprobó una segunda extensión, bautizada como Cassini Solstice Misión, con un final máximo estipulado para 2017. Finalmente la debido a la escased de combustible, la NASA decidió poner fin a la misión de una forma similar a como se había hecho con Galileo y se hará con Juno: hacer arder la nave en la atmósfera del planeta para evitar posibles contaminaciones de alguna luna. No se podía hacer impactar directamnte la sonda contra Saturno en un plano ecuatorial porque el paso a través de los anillos podría hacerla cambiar la trayectoria y que acabase golpeando con alguna luna, lo cual podría ser negativo, ya no solo por el calor producido por el impacto, sino porque portaba generadores termoeléctricos de radioisótopos, que podrían haber afectado a posibles formas de vida de alguna de estas lunas. La opción elegida fue ponerla en una órbita muy excéntrica, entre la atmósfera de Saturno y el anillo D (una distancia de 3800 km).

Después de su vigésima traslación por estas órbitas, el 15 de septiembre de 2017 acabó tomando rumbo final al planeta. A esta fase se le llamó Grand Finale, considerada por muchos una misión en sí misma, y en ella se visitó por última vez Titán y Encélado antes de su desintegración en la atmósfera de Saturno. En total, con esta misión se descubrieron 7 lunas de Saturno y realizó 132 sobrevuelos cercanos de satélites saturnales (más de un centenar sobre Titán), además de las 206 órbitas alrededor de Saturno.