¿Cómo (diablos) saben que algunos lagos en Titán tienen 100 metros de profundidad?

El propio paper (tengo acceso) dice y demuestra que están detectando el fondo de unos lagos con su radar con una profundidad máxima de 105+/-6 metros. El reflejo del radar en el fondo es mucho más débil que en la superficie, pero sigue siendo claro y nítido.

La atenuación (17 dB/us) se ajusta a una composición mayoritariamente de metano (lo mejor es un 69 % de metano, el resto se divide principalmente entre N2 y C2H6), pero si el lago hubiera sido principalmente etano, propano o hidrocarburos de orden superior, habría Ha habido demasiada atenuación para ver el fondo del lago.

Del artículo de Nature Astronomy del 15 de abril de 2019 Lagos profundos y ricos en metano en Titán

Utilizamos algoritmos de superresolución aplicados previamente a los datos de radar adquiridos sobre Ligeia Mare, Punga Mare y Ontario Lacus ^10,11,12,13 para mejorar la resolución del alcance del radar ¹⁵y mejorar las capacidades de detección batimétrica. Los resultados del procesamiento revelaron una clara detección del fondo del lago E a lo largo de 20 km de transecto de radar, además de los ecos reflejados desde la superficie del lago. La figura 3c muestra la batimetría del lago E, que alcanza una profundidad máxima de 105 ± 6 m (1σ) y parece tener un lecho de lago asimétrico con una pendiente relativamente suave (alrededor de 0,16° ± 0,03°) hacia el este y una fuerte elevación en el lado occidental. Esto podría representar la topografía escalonada observada en cuencas lacustres vacías que, junto con otras indicaciones morfométricas7, pueden interpretarse como evidencia de aglomeración de cuencas a través del retroceso de la escarpa.

Aplicando el método como se describe en la ref. 10, se estima una atenuación líquida de 17 ± 7dB μs−1 (correspondiente a una tangente de pérdida igual a 4,6 ± 1,8 × 10−5) a partir de la relación entre la potencia de la superficie y la del subsuelo (Ps/Pss) en función del aumento de la profundidad ( Figura 3e). Encontramos que, similar a Ligeia Mare, la atenuación de Winnipeg Lacus requiere una composición dominada por metano y nitrógeno (valores de mejor ajuste de 69% CH4, 15% C2H6 y 16% N2 y valores de error de 1σ de 54–80% CH4, 35– 0% C2H6 y 11–20% N2 en volumen) para coincidir con las mediciones de laboratorio de las tangentes de pérdida de hidrocarburos16. Si hubiera una fracción significativa (> ~ 50%) de etano o componentes de orden superior (por ejemplo, propano), la atenuación habría sido mayor que la observada y capaz de suprimir los retornos del subsuelo (ver Fig. 1 complementaria ) .

Figura 3 de Research Gate

Batimetría y atenuación líquida de Winnipeg Lacus a, mosaico SAR que muestra Winnipeg Lacus y la ubicación de las huellas del altímetro con haz limitado de −3 dB sobre líquido (círculos rojos). b, Radargrama obtenido después del procesamiento de superresolución (ver detalles en Métodos). c, d, batimetría (c) y valores relativos de la relación de intensidad de los ecos superficiales-subsuperficiales (Ps/Pss) (d) medidos en Winnipeg. Las barras de error son relativas a la incertidumbre de 1σ. e, La estimación de la atenuación específica del líquido en Winnipeg Lacus es de 17 ± 7 dB μs⁻¹ (mejor ajuste de una tangente de pérdida igual a 4,6 × 10⁻⁵), donde para Ligeia Mare obtuvimos 16 ± 4 dB μs⁻¹ ( mejor ajuste de una tangente de pérdida igual a 4,4 × 10⁻⁵) y 22,5 dB de intercepto para ambos. La intercepción sugiere que el fondo del lago de Winnipeg tiene valores de retrodispersión similares en comparación con el fondo marino de Ligeia, lo que indica una composición similar.

Figura 4 de Research Gate

Detecciones ambiguas en el fondo del lago de Oneida Lacus y el lago C Las detecciones ambiguas ocurren cuando las formas de onda no muestran retornos claros del subsuelo debido a una baja relación señal-ruido (SNR) o resolución del radar. a–c, mosaicos SAR y huellas de altímetro de haz limitado de −3 dB (círculos rojos) sobre líquido para Oneida Lacus y las partes este y oeste del lago C, respectivamente. d–f, radargramas súper resueltos de los mismos lagos y parte del lago. g, Una forma de onda adquirida sobre la parte central de Oneida. La detección del fondo del lago es ambigua debido a la baja SNR. Algunos ecos sugieren profundidades superiores a los 150 m. h, i, las formas de onda adquiridas sobre el lago en forma de S o el lago C muestran retornos del subsuelo no resueltos o parcialmente resueltos por algoritmos de superresolución. Estas formas de onda indican que las regiones observadas son poco profundas, con profundidades que no superan los 20–30 m.

Figura 6 de Research Gate

Formas de onda de Ligeia Mare y Winnipeg Lacus adquiridas a profundidades similares a,b, Formas de onda adquiridas a unos 90 m de profundidad. c,d, Formas de onda adquiridas a unos 75 m de profundidad. Tenga en cuenta que las formas de onda parecen similares en forma e intensidad, lo que indica similitud en la composición del líquido y el suelo del subsuelo.

A partir de las observaciones de Cassini, la mezcla de metano-etano (con metano, con mucho, el componente más grande, tal vez con algo de nitrógeno disuelto) parece tan pura que su capacidad de absorción en la frecuencia de banda Ka del instrumento RADAR es bastante baja. Así es como podía ver tan profundo, no solo 100 m, sino 160-170 m.

El artículo The Bathymetry of a Titan Sea de Marco Mastrogiuseppe et al. (Geophysical Research Letters. 41. 10.1002/2013GL058618) cubre la técnica utilizada para el sobrevuelo de Titán T91 (23 de mayo de 2013) y los resultados. El radar miraba directamente hacia abajo, se usaba como altímetro y maximizaba la intensidad de la reflexión especular desde el área del nadir. Un altímetro registra la señal devuelta por un transmisor que apunta al nadir, ya sea de radio o LIDAR, y a partir del tiempo de propagación se puede inferir, con mucha precisión, la distancia desde la nave espacial. Si la primera superficie reflectante es un líquido transparente, los reflejos posteriores de las interfaces más profundas se pueden ver en los datos, y esto es lo que vio Mastrogiuseppe. La pista del radar cruzó Kraken Mare y el receptor obtuvo distintos retornos secundarios del lecho marino. Yo estaba en elReunión del equipo científico de Cassini cuando anunció esto, ¡causó un gran revuelo! (Las superficies reflectantes no horizontales, como un fondo marino inclinado, pueden alejar el punto especular del nadir exacto)

Otra observación de radar, un experimento biestático en el que el instrumento Cassini RADAR recibió una señal del gran transmisor de la Red de Espacio Profundo en Goldstone que se había reflejado en la superficie de Ligeia Mare, indicó la composición de metano casi puro de ese mar. La composición se dedujo de la medición del índice de refracción del experimento (en realidad, la permitividad eléctrica) del líquido. Se espera que la composición de Kraken Mare sea esencialmente la misma que la de Ligeia. Este comunicado de prensa del JPL describe este experimento. ¡No incluyo una referencia académica porque el IP de ese experimento aún no ha publicado formalmente los resultados!De todos modos, conocer el índice de refracción te da la velocidad de las ondas de radio en el medio, por lo que puedes traducir el tiempo de propagación bidireccional en los datos del altímetro a una profundidad.

En cuanto a los lagos (más pequeños que los mares), como afirman las fuentes que cita, el último sobrevuelo cercano de Cassini a Titán utilizó esta técnica para medir las profundidades de algunos de estos lagos. Algunos investigadores habían propuesto que los lagos son considerablemente menos profundos que los mares. ¡Este experimento puso fin a esa idea!