Titán es el mayor de los satélites de Saturno, siendo el único del Sistema Solar que posee una atmósfera importante. Según los datos que tenemos puede estar compuesta principalmente por nitrógeno, pero hasta un 6% puede ser metano y compuestos complejos de hidrocarburos. En el año 2005, la sonda espacial Cassini-Huygens descendió en paracaídas por la atmósfera de Titán y aterrizó en su helada superficie para descubrir algunos de sus secretos.
Titán es la única luna conocida con una atmósfera densa. La primera persona que sugirió que Titán podía tener atmósfera fue el astrónomo español Josep Comas i Solá por el efecto de oscurecimiento al borde.
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.
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.
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.
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