Clima Titanului , cea mai mare lună a lui Saturn, seamănă cu cea a Pământului în multe privințe, în ciuda temperaturii substanțial mai scăzute a lui Titan. Atmosfera groasă, ploaia de metan și posibila prezență a activității criovulcanice duc la schimbări climatice pe tot parcursul anului.
Titan primește doar aproximativ 1% din radiația solară primită de Pământ. [1] Temperatura medie a suprafeței este de aproximativ 98,29 K (−179 °C sau -290 °F). La o anumită temperatură, gheața de apă are o presiune de vapori foarte scăzută, astfel încât atmosfera conține puțini sau deloc vapori de apă. Prezența metanului în atmosferă duce la efectul de seră , care contribuie la creșterea temperaturii la suprafață. [2] [3]
Ceața din atmosfera lui Titan contribuie la efectul anti-seră reflectând o parte din radiația solară, făcând suprafața să pară mai rece decât straturile mai înalte ale atmosferei. [2] Acest proces compensează parțial efectul de seră. [4] Conform unui studiu al lui McKay et al., efectul anti-seră reduce temperatura suprafeței cu 9 K, efectul de seră crește cu 21 K; astfel temperatura suprafeței (94 K) este cu 12 K mai mare decât temperatura efectivă de 82 K (temperatura la care ar fi atinsă în absența unei atmosfere). [2]
Înclinarea orbitei lui Titan este foarte apropiată de cea a axei de rotație a lui Saturn (aproximativ 27°), iar axa de rotație a lui Titan este perpendiculară pe planul orbitei. Aceasta înseamnă că direcția razelor soarelui depinde de ciclul zilei și nopții pe Titan și de durata anului pe Saturn. Ciclul zi-noapte pe Titan durează 15,9 zile pământești, exact aceeași perioadă de timp pe care o orbita Titan în jurul lui Saturn. Titan este în rotație sincronă cu Saturn, așa că aceeași parte a lui Titan este în fața lui Saturn tot timpul.
Schimbările sezoniere sunt asociate cu anul lui Saturn: Saturn orbitează în jurul Soarelui cu o perioadă de aproximativ 29,5 ani pământeni, în timp ce diferite cantități de radiație solară cad pe diferite emisfere ale Titanului la diferite intervale ale anului. Schimbările sezoniere ale vremii includ o creștere a lacurilor de hidrocarburi în emisfera nordică în timpul iernii, o scădere a brumei în jurul echinocțiului și norii de gheață în regiunea polară de sud. [5] [6] Ultimul (pentru 2018) echinocțiul a avut loc pe 11 august 2009, care a fost echinocțiul de primăvară pentru emisfera nordică, prin urmare, emisfera sudică primește mai puțină lumină și se apropie de iarnă. [7]
Vântul de pe suprafața Titanului este de obicei slab (mai puțin de 1 m/s). Rezultatele recente de simulare pe computer au arătat că dunele înalte de funingine pot fi formate de vânturi rare cu forță de uragan, care apar la fiecare 15 ani în timpul echinocțiului. [8] Uraganele creează curenți verticali puternici în atmosferă, atingând viteze de curgere de 10 m/s în apropierea suprafeței. La sfârșitul anului 2010, au fost observate furtuni de metan în regiunile deșertice din deșerturile ecuatoriale ale lui Titan. [9]
Datorită excentricității diferite de zero a orbitei lui Saturn, Titan este cu 12% mai aproape de Soare în timpul verii emisferei sudice, făcând verile sudice mai scurte și mai calde decât cele nordice. Această asimetrie poate contribui la diferențele topologice dintre emisfere: există mult mai mulți nori de hidrocarburi în emisfera nordică. [10] Suprafața lacurilor Titan este foarte calmă, undele sau ondulațiile sunt rar vizibile. Cu toate acestea, nava spațială Cassini a detectat o creștere a turbulenței în timpul verii emisferei nordice; poate, în unele anotimpuri ale anului, vântul crește aproape de suprafață. [11] Cassini a observat și prezența valurilor și a ondulațiilor. [12]
Studiile efectuate de sonda Huygens au arătat că în atmosfera Titanului apar periodic ploi de metan lichid și alte substanțe organice. [13] În octombrie 2007, observatorii au observat o creștere a opacității norilor peste regiunea Xanadu , dar aceasta nu a fost o dovadă directă a ploii. [14] Cu toate acestea, imaginile ulterioare ale lacurilor din emisfera sudică a lui Titan, luate în timpul anului, au arătat că lacurile se măresc și se umplu din cauza ploilor sezoniere de hidrocarburi. [3] [15] Este posibil ca unele zone de la suprafață să fie acoperite cu un strat de tolini , dar această presupunere nu a fost încă confirmată. [16] Prezența ploii indică faptul că Titan ar putea fi singurul obiect din sistemul solar, altul decât Pământul, pe care pot fi observate curcubee. Dar datorită opacității mari a atmosferei față de lumina vizibilă, majoritatea curcubeelor vor fi vizibile doar în lumină infraroșie. [17]
Numărul de lacuri de metan observate lângă polul sudic al Titanului este semnificativ mai mic decât numărul observat în apropierea polului nord. Întrucât în prezent este (2018) vară la polul sud și iarnă la polul nord, există ipoteza că metanul cade la poli sub formă de ploaie iarna și se evaporă vara. [18] Conform lucrării lui Tetsuya Tokano de la Universitatea din Köln, ciclonii reglementați de astfel de evaporări și ploi, precum și vânturile cu o viteză de până la 20 m/s, pot forma mări mari în partea de nord a Titanului ( Marea Kraken , Marea Ligeia , Marea Punga ) doar vara. [19] Până în prezent (2018), nu au fost detectate valuri pe niciunul dintre lacurile lui Titan. Totuși, calculele arată că, pe măsură ce vara se apropie în emisfera nordică, unde se află majoritatea lacurilor, viteza vântului poate crește până la 3 km/h, ceea ce este suficient pentru a crea valuri. [douăzeci]
Simulări ale distribuției vântului la scară largă din datele lui Huygens despre viteza vântului arată că atmosfera lui Titan circulă ca o singură celulă Hadley gigantică . Aerul cald se ridică în emisfera sudică, care era vară la momentul studiului, și se scufundă în emisfera nordică, rezultând curenți de aer la altitudine mare de la sud la nord și la altitudine scăzută de la nord la sud. O astfel de celulă Hadley mare este posibilă numai în cazul unei rotații lente a unui corp ceresc. [21] Circulația vântului de la pol la pol pare să fie centrată în stratosferă; modelarea arată că la fiecare 12 ani circulația ar trebui să se schimbe, în timp ce va exista o perioadă de tranziție de trei ani. Perioada completă de schimbare a circulației este de aproximativ 30 de ani (un an pe Titan). [22] Celula Hadley creează o bandă globală de joasă presiune, care este analogă cu zona de convergență intratropicală a Pământului . Spre deosebire de Pământ, unde oceanele păstrează această zonă în interiorul tropicelor, pe Titan această zonă se extinde de la pol la pol, purtând cu ea nori de metan. Astfel, în ciuda temperaturilor scăzute de pe Titan, putem spune că Titan are un climat tropical. [23]
În iunie 2012, nava spațială Cassini a obținut o imagine a vortexului polar de la polul sudic al Titanului. Este probabil legat de „capota polară” - o zonă de ceață densă la mare altitudine, observată la polul nord din 2004. Deoarece anotimpurile de la poli se schimbă acum după echinocțiul din 2009, iarna la polul sud și vara la nord, există speculații că un astfel de vârtej indică formarea unei noi „capote polare” la polul sud. [24] [25]
Norii Titanului, constând probabil din metan, etan sau alți compuși organici simpli, sunt diverși și împrăștiați în spațiu, formând o ceață generală. [26]
În septembrie 2006, nava spațială Cassini a obținut o imagine a unui nor mare la aproximativ 40 km deasupra polului nord al lui Titan. Deși metanul se condensează în atmosfera lui Titan, este mai probabil ca norii să fie etan, cu dimensiunile particulelor de aproximativ 1-3 micrometri detectate; la astfel de altitudini, etanul poate îngheța. În decembrie , Cassini a observat din nou acoperirea norilor și a găsit metan, etan și alți compuși organici. Norul avea un diametru de peste 2400 km și a fost observat o lună mai târziu. Conform unei ipoteze, ar trebui să plouă (sau să ningă) din acest nor de la polul nord. Curenții descendenți de aer la latitudinile nordice înalte sunt suficient de puternice pentru ca particulele de compuși organici să cadă la suprafață. Aceasta este cea mai puternică dovadă că pe Titan există un ciclu „metanologic”, similar cu ciclul hidrologic de pe Pământ. [27]
Au fost detectați și nori într-o zonă din apropierea polului sudic. De obicei, 1% din discul lui Titan este acoperit de nori, dar în unele cazuri acoperirea norilor atinge o zonă de 8%. Potrivit unei ipoteze, norii sudici se formează atunci când nivelul de iluminare de la Soare crește în timpul verii în emisfera sudică, ceea ce duce la convecție. Această explicație este complicată de faptul că formarea norilor a fost observată nu numai în perioada de după solstițiul de vară, ci și la mijlocul primăverii. O creștere a cantității de metan lichid la polul sud este probabil să contribuie la creșterea rapidă a dimensiunilor norilor. [28] Era vară în emisfera sudică înainte de 2010. [21] Pe măsură ce anotimpurile se schimbă, etanul este de așteptat să înceapă să se condenseze în apropierea polului sudic. [29]
Modelele care sunt de acord cu observațiile arată că norii de pe Titan gravitează la anumite coordonate, iar acoperirea norilor poate fi la distanțe diferite de suprafață în diferite părți ale satelitului. În regiunile polare (la latitudini mai mari de 60 de grade), norii de etan pe scară largă apar în și deasupra troposferei, la latitudini mai mici norii de metan se găsesc la altitudini de la 15 la 18 km, în timp ce aceștia sunt mai puțin regulați și mai localizați. În emisfera în care acum este vară, norii groși de metan sunt concentrați la latitudini de aproximativ 40 de grade. [22]
Observațiile de la sol au relevat și schimbări sezoniere ale acoperirii norilor. În timpul perioadei orbitale de 30 de ani a lui Saturn, sistemul de nori al lui Titan pare să existe de aproximativ 25 de ani și apoi să dispară timp de 4 sau 5 ani înainte de a reapărea. [27]
De asemenea, Cassini a găsit în atmosfera superioară nori înalți, albi, asemănător unor cirus , compuși probabil din metan. [31]
Deși nu există dovezi observaționale pentru existența fulgerelor pe Titan, simulările computerizate au arătat că norii din troposfera inferioară pot acumula suficientă sarcină pentru a crea fulgere la altitudini mai mari de 20 km. [32]
| Titan | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Geografie |
| |||||||
| Studiu | ||||||||
| Alte subiecte |
| |||||||
| ||||||||