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Titán es el satélite más grande de Saturno y el segundo satélite más grande del Sistema Solar, por detrás de Ganímedes. Fue descubierto el 25 de marzo de 1655 por el astrónomo holandés Christiaan Huygens, siendo el primer satélite del Sistema Solar en ser descubierto tras los satélites galileanos de Júpiter. Titán posee un diámetro de 5150 km, y es la única luna del Sistema Solar que cuenta con una atmósfera significativa. La presencia de esta atmósfera fue propuesta por el astrónomo español Josep Comas y Solà en 1908 basándose en sus observaciones del oscurecimiento hacia el borde del disco del satélite. La atmósfera de Titán, densa y anaranjada, se compone principalmente de nitrógeno y es rica en metano y otros hidrocarburos superiores. Su composición química se supone muy similar a la atmósfera primitiva de la Tierra en tiempos prebióticos, y las temperaturas de cerca de 90 K (-179,45 °C) deberían haber preservado un entorno muy similar al de la primitiva Tierra, razón por la cual Titán ha sido objeto de un gran número de estudios científicos. Tanto el orbitador Cassini cómo la sonda Huygens de la misión espacial Cassini/Huygens, que descendió sobre Titán el 14 de enero de 2005, han aumentado sustancialmente nuestros conocimientos del satélite.
Descubrimiento

Christiaan Huygens descubrió en 1655 el mayor de los satélites de Saturno y le dio el nombre de Luna Saturni. Huygens publicó este descubrimiento así como sus observaciones de los anillos del planeta en una obra titula Systema Saturnium publicada en 1659. El nombre de "Titán" y los otros siete satélites de Saturno conocidos por John Herschel (hijo de William Herschel) proviene de su publicación en el año 1847 de sus observaciones sobre Saturno donde sugería los nombres de los titanes, hermanos y hermanas de Crono (el nombre griego para el dios romano del tiempo Saturno) como un método más efectivo para nombrar a los satélites de Saturno que hasta entonces se designaban por numerales romanos siguiendo el orden de proximidad al planeta.
Visibilidad desde la Tierra

Titán tiene una magnitud de entre +7,9 y +8,7 y alcanza una distancia angular de alrededor de 20 veces el radio de Saturno. Titán puede en general observarse con telescopios pequeños (con diámetro superior a unos 5 cm) e incluso con unos grandes prismáticos, como un punto "estrelliforme" cercano a Saturno. En las mejores aproximaciones a la Tierra presenta un tamaño aparente de hasta 0,85 segundos de arco de diámetro; apareciendo como una diminuta mancha de color amarillo-anaranjado que sólo puede apreciarse como un pequeño "disco" aparente con telescopios de aficionado a partir de 200 mm de diámetro utilizando más de 240 aumentos.
Características físicas
Comparación de Titán con la Tierra y la Luna.
Estructura interna

Uno de los objetivos de la misión Cassini es estudiar la estructura interna de esta luna. La baja densidad que posee -1,9 gramos por centímetro cúbico- apunta a que es 50% roca y 50% hielo. Inicialmente se pensó que tenía un núcleo rocoso de diámetro 3400 kilómetros rodeado por diversas capas de hielo,1 -es decir, similar a la de Ganímedes, la mayor luna de Júpiter-, pero investigaciones recientes realizadas con ayuda de Cassini sugieren que no existe tal núcleo de roca; en su lugar, y de modo similar a Calisto, la segunda mayor luna de Júpiter, el interior de Titán consiste en una mezcla de roca y hielo no diferenciada -excepto en los 500 kilómetros más exteriores dónde no hay materiales rocosos-.2

Se cree que existe también un océano subterráneo de agua y amoníaco disuelto en él a una profundidad de 100 kilómetros bajo la superficie,3 y tal vez otro de hidrocarburos.4
Atmósfera
Imagen de Titán obtenida en infrarrojo por la misión Cassini/Huygens

Titán es la única luna conocida con una atmósfera densa. La primera persona que sugirió que Titán podía tener atmósfera fue el astrónomo español José Comas y Solá por el efecto de oscurecimiento al borde. La presencia de una atmósfera significativa fue confirmada por Gerard P. Kuiper en 1944 a partir de espectros tomados desde telescopios en aviones a gran altitud. La sonda Voyager 1 demostró en 1981 que, de hecho, la atmósfera de Titán es más densa que la de la Tierra, con una presión en superficie de una vez y media la de nuestro planeta y con una capa nubosa opaca formada por aerosoles de hidrocarburos que oculta los rasgos de la superficie de Titán. La presión parcial del metano es del orden de 100 milibares. Esa densa atmósfera es la responsable de que la iluminación existente en la superficie de Titán sea de 1/1000 de la existente en la superficie terrestre -aun así, la luminosidad existente es 350 veces superior a la que se puede dar en una noche de Luna llena en la Tierra-.5 De hecho, el equipo de la sonda Huygens comparó las fotografías tomadas por la sonda de la superficie de Titán a fotografiar el asfalto de un aparcamiento durante el crepúsculo6

La atmósfera está compuesta en un 94% de nitrógeno y es la única atmósfera rica en nitrógeno, en el sistema solar aparte de nuestro propio planeta, con rastros significativos de varios hidrocarburos que constituyen el resto (incluyendo metano, etano, diacetileno, metilacetileno, cianoacetileno, acetileno, propano, junto con anhídrido carbónico, monóxido de carbono, cianógeno, cianuro de hidrógeno, y helio). Se piensa que estos hidrocarburos se forman en la atmósfera superior de Titán en reacciones que son el resultado de la disociación del metano por la luz ultravioleta del Sol produciendo una bruma anaranjada y espesa.

El origen de la atmósfera titaniana no está claro, pero se ha propuesto que durante gran parte de la historia del Sistema Solar Titán era un mundo sin ella, con el nitrógeno y el metano congelados en la superficie y pareciendo una versión en grande de Tritón, la mayor luna de Neptuno. El aumento de la luminosidad del Sol en su evolución, y quizás un gran impacto de un asteroide o cometa, habría provocado que ésos gases se evaporaran y cubrieran el satélite de la densa atmósfera que hoy tiene, aunque en un principio con mucho más metano que en la actualidad. Asumiendo que el metano presente en la atmósfera y que se pierde con las lluvias no sea repuesto, acabará por precipitar por completo en la superficie de Titán en menos de mil millones de años, formando depósitos oscuros en ella y quedando sólo el nitrógeno en la atmósfera, la cual quedará limpia de niebla -habiendo sido comparado ése posible Titán futuro con Marte-7

La presión parcial del metano es del orden de 100 hPa y este gas cumple el papel del agua en la Tierra, formando nubes en su atmósfera, desde nubes que causan tormentas de metano líquido en Titán y que descargan precipitaciones importantes de metano que llegan a la superficie produciendo, en total, unos 50 L/m² de precipitación anual, hasta cirros muy parecidos a los terrestres -excepto que formados de cristales de hidrocarburos y a una altura mucho mayor, entre 30 y 60 millas (en la estratosfera de Titán) en vez de los cómo mucho 11 millas de los cirros terrestres (contenidos en la troposfera terrestre). La existencia de éstas últimas nubes ya se sospechaba desde la época del sobrevuelo de la sonda Voyager 1, confirmándose su existencia gracias a los datos enviados por la sonda Cassini.8 -

Titán no tiene un campo magnético considerable y su órbita alcanza el exterior de la magnetósfera de Saturno exponiéndose directamente al viento solar. Esto puede ionizar y elevar algunas moléculas a la cima de la atmósfera.




Las observaciones de la nave Cassini de la atmósfera hecha en 2004 sugieren que la atmósfera de Titán gira mucho más rápido que su superficie al igual que ocurre en Venus, un régimen dinámico de la atmósfera que no se comprende en ninguno de los dos casos.

Hay nubes en la atmósfera de Titán además de una espesa niebla que afecta a todo el planeta. Estas nubes están probablemente compuestas de metano, etano y otros compuestos orgánicos simples. Otros compuestos químicos más complejos en pequeñas cantidades deben ser responsables del color anaranjado que se aprecia desde el espacio.

Una investigación reciente apunta a que es posible que Titán albergue moléculas prebióticas. De acuerdo con ella, el agua líquida que aparece en Titán tras por ejemplo el impacto de un meteorito contra su superficie helada o su criovulcanismo puede permanecer en este estado durante cientos o miles de años, tiempo más que suficiente para que las tolinas presentes en su atmósfera se hidrolicen (reaccionen con ella), y den lugar a moléculas orgánicas complejas.9

En octubre de 2004 durante uno de los sobrevuelos de Titán por la nave Cassini se fotografiaron nubes altas y densas sobre el polo sur de Titán. Este tipo de formaciones nubosas son frecuentes en el polo sur de Titán tal y como revelan las observaciones con el telescopio Keck desde la Tierra. Aunque inicialmente se pensaba que tales nubes solo podían estar formadas por la condensación del abundante metano atmosférico, las observaciones de mayor resolución han planteado algunos problemas a esta interpretación, por lo que varios estudios actuales sobre la atmósfera de Titán pretenden determinar la composición de las nubes, para decidir si nuestra idea de la atmósfera de Titán necesita ser revisada.10

También han sido descubiertas nubes en el polo norte de esta luna. En el sobrevuelo de Titán del día 28 de diciembre de 2006, el instrumento VIMS de la sonda Cassini ha descubierto un gran sistema nuboso -de la mitad de superficie que Estados Unidos- que cubre completamente el polo norte. Los modelos de circulación atmosférica de Titán ya habían predicho la existencia de esta nube, la cual según estudios recientes ha empezado a romperse al llegar la primavera allí.11 12

Investigaciones posteriores muestran la presencia de nubes que se forman y mueven como las terrestres, aunque bastante más lentamente13 y14 y se ha predicho en base a las observaciones que el comienzo de otoño en Titán será "cálido y húmedo", según los patrones existentes allí15

Inicialmente se había predicho que las nubes del sur desaparecerían en 2005; sin embargo, se ha comprobado que a finales de 2007 las nubes seguían estando presentes allí y además muy activas15 para finalmente acabar por desaparecer tiempo después16

El ciclo estacional de Titán dura 29,5 años.
Ciclo del metano

Titán es un mundo extraordinariamente abundante en compuestos orgánicos, sobre todo metano. Probablemente el contenido de hidrocarburos líquidos de esta luna -en la forma de mares y lagos- es centenares de veces superior al de todas las reservas de petróleo y de gas natural de la Tierra juntas. Además, sus dunas ecuatoriales -de las que se habla más abajo- posiblemente contienen centenares de veces más materia orgánica que todas las reservas de carbón de la Tierra juntas.17

El metano cumple el papel del agua en la Tierra, forma nubes en su atmósfera, cuando condensa sobre los aerosoles forma una lluvia de metano con partículas que llena los torrentes con un material negro que fluye. Pero ahora los cañones y los lagos en la zona dónde aterrizó la sonda Huygens están secos porque el metano al igual que el agua en la Tierra se infiltra bajo el suelo de Titán y deja en la superficie restos de materia orgánica cubriéndolo de una especie de alquitrán. En febrero de 2006 un grupo de científicos de las Universidades de Nantes, Francia y de la Universidad de Arizona, descifraron un poco más el ciclo del metano18 en la atmósfera, descubrieron que el agua congelada rica en metano formaría una capa sólida en la superficie de Titán, por encima de un océano de agua líquida mezclada con amonio. Explican los procesos por medio de cuales durante tres instantes en la historia de Titán el metano se sublimó a la atmósfera desde este reservorio superficial. En la atmósfera el metano tiene una vida breve por lo que es necesaria su reposición. El metano formaría nubes en la atmósfera, condensado sobre aerosoles formaría lluvia cuyos ríos serían responsables del moldeado del relieve de Titán y de hipotéticos lagos o mares. Es también responsable en parte de la opacidad de la atmósfera. Su futura desaparición de la atmósfera por no haber más procesos de sublimación provocaría un cambio drástico del régimen climático de Titán.
La compleja atmósfera de Titán en colores naturales.

La compleja fotoquímica de la atmósfera superior podría convertir el etano en acetileno y etileno que combinados con el nitrógeno atmosférico podrían formar los bloques básicos para la aparición de aminoácidos; sin embargo, se ha detectado en la superficie titaniana una deficiencia del primer compuesto, lo cual junto a la desaparición de hidrógeno cayendo a la superficie de ésta luna sugiere que allí están teniendo lugar complejos procesos químicos, aunque que tales procesos sean causados por hipotética vida basada en el metano parece algo muy remoto.