Klimatet på Titan , Saturnus största måne, liknar jordens på många sätt, trots Titans betydligt svalare temperatur. Den tjocka atmosfären, metanregnet och eventuell förekomst av kryovulkanisk aktivitet leder till klimatförändringar under hela året.
Titan tar bara emot cirka 1 % av den solstrålning som jorden tar emot. [1] Den genomsnittliga yttemperaturen är cirka 98,29 K (−179 °C eller −290 °F). Vid en given temperatur har vattenis ett mycket lågt ångtryck, så atmosfären innehåller lite eller ingen vattenånga. Närvaron av metan i atmosfären leder till växthuseffekten , vilket bidrar till högre yttemperaturer. [2] [3]
Diset i Titans atmosfär bidrar till anti-växthuseffekten genom att reflektera en del av solstrålningen, vilket gör att ytan verkar kallare än högre skikt i atmosfären. [2] Denna process kompenserar delvis för växthuseffekten. [4] Enligt en studie av McKay et al. minskar anti-växthuseffekten yttemperaturen med 9 K, växthuseffekten ökar med 21 K; sålunda är yttemperaturen (94 K) 12 K högre än den effektiva temperaturen på 82 K (den temperatur som skulle uppnås i frånvaro av en atmosfär). [2]
Lutningen för Titans omloppsbana är mycket nära den för Saturnus rotationsaxel (ca 27°), och Titans rotationsaxel är vinkelrät mot omloppsplanet. Det betyder att riktningen för solens strålar beror på cykeln dag och natt på Titan och på längden på året på Saturnus. Dag-natt-cykeln på Titan tar 15,9 jorddagar, exakt samma tid som Titans bana runt Saturnus varar. Titan är i synkron rotation med Saturnus, så samma del av Titan möter Saturnus hela tiden.
Säsongsförändringar är förknippade med Saturnus år: Saturnus kretsar runt solen med en period på cirka 29,5 jordår, medan olika mängder solstrålning faller på olika halvklot av Titan vid olika intervall på året. Säsongsbetonade väderförändringar inkluderar en ökning av kolvätesjöar på norra halvklotet under vintern, en minskning av dis runt dagjämningarna och ismoln i den södra polarregionen. [5] [6] Den sista (för 2018) dagjämningen inträffade den 11 augusti 2009, som var vårdagjämningen för norra halvklotet, därför får det södra halvklotet mindre ljus och närmar sig vintern. [7]
Vinden på Titans yta är vanligtvis svag (mindre än 1 m/s). De senaste datorsimuleringsresultaten har visat att höga sotdyner kan bildas av sällsynta orkanvindar som inträffar vart 15:e år under dagjämningarna. [8] Orkaner skapar starka vertikala strömmar i atmosfären och når flödeshastigheter på 10 m/s nära ytan. I slutet av 2010 observerades metanstormar i ökenregionerna i Titans ekvatorialöknar. [9]
På grund av den excentricitet som inte är noll i Saturnus bana är Titan 12 % närmare solen under sommaren på södra halvklotet, vilket gör södra somrar kortare och varmare än de norra. Denna asymmetri kan bidra till topologiska skillnader mellan halvklotet: det finns många fler kolvätemoln på norra halvklotet. [10] Ytan på Titansjöarna är mycket lugn, vågor eller krusningar är sällan synliga. Emellertid upptäckte rymdfarkosten Cassini en ökning av turbulensen under sommaren på norra halvklotet; kanske, under vissa årstider, ökar vinden nära ytan. [11] Cassini märkte också närvaron av vågor och krusningar. [12]
Studier utförda av Huygens- sonden visade att i Titans atmosfär periodvis förekommer regn av flytande metan och andra organiska ämnen. [13] I oktober 2007 noterade observatörer en ökning av molnopaciteten över Xanadu- regionen , men detta var inte direkt bevis på regn. [14] Däremot visade efterföljande bilder av sjöar på Titans södra halvklot tagna under året att sjöarna förstoras och fylls på grund av säsongsbetonade kolväteregn. [3] [15] Det är möjligt att vissa områden på ytan är täckta med ett lager av toliner , men detta antagande har ännu inte bekräftats. [16] Närvaron av regn indikerar att Titan kan vara det enda solsystemobjektet förutom jorden där regnbågar kan observeras. Men på grund av atmosfärens höga opacitet för synligt ljus, kommer de flesta regnbågar endast att vara synliga i infrarött ljus. [17]
Antalet metansjöar som observerats nära Titans sydpol är betydligt mindre än antalet observerade nära nordpolen. Eftersom det för närvarande (2018) är sommar på sydpolen och vinter på nordpolen finns det en hypotes enligt vilken metan faller till polerna i form av regn på vintern och avdunstar på sommaren. [18] Enligt Tetsuya Tokanos arbete från Kölns universitet kan cykloner som regleras av sådan avdunstning och regn, såväl som vindar med en hastighet på upp till 20 m/s, bilda stora hav i den norra delen av Titan ( Krakenhavet , Ligeiahavet , Pungihavet ) endast på sommaren. [19] Hittills (2018) har inga vågor upptäckts på någon av Titans sjöar. Beräkningar visar dock att när sommaren närmar sig på norra halvklotet, där de flesta av sjöarna ligger, kan vindhastigheterna stiga upp till 3 km/h, vilket är tillräckligt för att skapa vågor. [tjugo]
Simuleringar av storskalig vinddistribution från Huygens vindhastighetsdata visar att Titans atmosfär cirkulerar som en enda jättelik Hadley-cell . Varm luft stiger på södra halvklotet, vilket var sommar vid tidpunkten för studien, och sjunker på norra halvklotet, vilket resulterar i luftströmmar på hög höjd från söder till norr och på låg höjd från norr till söder. En så stor Hadley-cell är möjlig endast i fallet med en långsam rotation av en himlakropp. [21] Pole-to-pole vindcirkulationen verkar vara centrerad i stratosfären; modellering visar att vart 12:e år bör cirkulationen ändras, medan det kommer att finnas en treårig övergångsperiod. Den fullständiga perioden av cirkulationsförändring är cirka 30 år (ett år på Titan). [22] Hadley-cellen skapar ett globalt lågtrycksband, som är analogt med jordens intratropiska konvergenszon . Till skillnad från jorden, där haven håller denna zon inom tropikerna, sträcker sig denna zon på Titan från pol till pol och bär metanmoln med sig. Trots de låga temperaturerna på Titan kan vi alltså säga att Titan har ett tropiskt klimat. [23]
I juni 2012 tog rymdfarkosten Cassini en bild av polarvirveln vid Titans sydpol. Det är förmodligen relaterat till "polarhuven" - ett område med tätt dis på hög höjd, observerat på nordpolen sedan 2004. Eftersom årstiderna vid polerna nu ändras efter 2009 års dagjämning, med vinter på sydpolen och sommar vid norr, spekuleras det i att en sådan virvel tyder på bildandet av en ny "polarhuva" vid sydpolen. [24] [25]
Titanmolnen, troligen bestående av metan, etan eller andra enkla organiska föreningar, är olika och utspridda i rymden och bildar ett allmänt dis. [26]
I september 2006 fick rymdfarkosten Cassini en bild av ett stort moln cirka 40 km ovanför Titans nordpol. Även om metan kondenserar i Titans atmosfär är det mer sannolikt att molnen är etan, med partikelstorlekar runt 1-3 mikrometer upptäckt; på sådana höjder kan etan frysa. I december observerade Cassini molntäcke igen och hittade metan, etan och andra organiska föreningar. Molnet var mer än 2400 km i diameter och observerades en månad senare. Enligt en hypotes ska det regna (eller snöa) från detta moln på nordpolen. Neddrag av luft på höga nordliga breddgrader är tillräckligt starka för att partiklar av organiska föreningar ska falla till ytan. Detta är det starkaste beviset på att det finns en "metanologisk" cykel på Titan, liknande den hydrologiska cykeln på jorden. [27]
Moln har också upptäckts i ett område nära sydpolen. Vanligtvis är 1% av Titans skiva täckt av moln, men i vissa fall når molntäcket ett område på 8%. Enligt en hypotes bildas södra moln när belysningsnivån från solen ökar under sommaren på södra halvklotet, vilket leder till konvektion. Denna förklaring kompliceras av det faktum att molnbildning observerades inte bara under perioden efter sommarsolståndet, utan också i mitten av våren. En ökning av mängden metanvätska vid sydpolen kommer sannolikt att bidra till den snabba tillväxten av molnstorlekar. [28] Det var sommar på södra halvklotet före 2010. [21] När årstiderna förändras förväntas etan börja kondensera nära sydpolen. [29]
Modeller som stämmer väl överens med observationer visar att molnen på Titan dras till vissa koordinater, och molntäcket kan vara på olika avstånd från ytan i olika delar av satelliten. I polarområdena (på breddgrader större än 60 grader) förekommer utbredda etanmoln i och ovanför troposfären, på lägre breddgrader finns metanmoln på höjder från 15 till 18 km, medan de är mindre regelbundna och mer lokaliserade. På halvklotet där det nu är sommar är tjocka metanmoln koncentrerade på breddgrader på cirka 40 grader. [22]
Markbaserade observationer avslöjade också säsongsmässiga förändringar i molntäcket. Under Saturnus 30-åriga omloppsperiod verkar Titans molnsystem existera i cirka 25 år och sedan försvinna i 4 eller 5 år innan det dyker upp igen. [27]
Cassini hittade också höga vita cirrusliknande moln i den övre atmosfären, troligen sammansatta av metan. [31]
Även om det inte finns några observationsbevis för existensen av blixtar på Titan, har datorsimuleringar visat att moln i den nedre troposfären kan samla tillräckligt med laddning för att skapa blixtar på höjder över 20 km. [32]
| Titan | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Geografi |
| |||||||
| Studie | ||||||||
| Andra ämnen |
| |||||||
| ||||||||