Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
График с подробным описанием температуры, давления и других аспектов климата Титана. Атмосферная дымка снижает температуру в нижних слоях атмосферы, а метан повышает температуру на поверхности. Криовулканы выбрасывают в атмосферу метан , который затем падает на поверхность, образуя озера.

Климат Титана , крупнейшего спутника Сатурна , похоже , во многих отношениях , что от Земли , несмотря на гораздо более низкую температуру поверхности. Его плотная атмосфера, метановый дождь и возможный криовулканизм создают аналог, хотя и с использованием других материалов, климатическим изменениям, которым подверглась Земля в течение гораздо более короткого года.

Температура [ править ]

Титан получает около 1% солнечного света, который получает Земля. [1] Средняя температура поверхности составляет около 90,6 К (-182,55 ° C, или -296,59 ° F). [2] При этой температуре водяной лед имеет чрезвычайно низкое давление пара, поэтому в атмосфере почти нет водяного пара. Однако метан в атмосфере вызывает значительный парниковый эффект, который поддерживает температуру поверхности Титана гораздо более высокую, чем это было бы в противном случае тепловое равновесие. [3] [4] [5]

Дымка в атмосфере Титана способствует антипарниковому эффекту , отражая солнечный свет обратно в космос, делая его поверхность значительно холоднее, чем верхние слои атмосферы. [3] Это частично компенсирует парниковое потепление и сохраняет поверхность несколько прохладнее, чем можно было бы ожидать от одного парникового эффекта. [6] Согласно McKay et al., «Антипарниковый эффект на Титане снижает температуру поверхности на 9 К, тогда как парниковый эффект увеличивает ее на 21 К. Конечный эффект заключается в том, что температура поверхности (94 К) составляет 12 К. теплее, чем эффективная температура 82 К. [ т. е. равновесие, которое было бы достигнуто в отсутствие атмосферы] » [3]

Сезоны [ править ]

Наклон орбиты Титана относительно Солнца очень близок к наклону оси Сатурна (около 27 °), а наклон его оси относительно орбиты равен нулю. Это означает, что направление падающего солнечного света почти полностью определяется циклом дня и ночи Титана и годовым циклом Сатурна. Дневной цикл на Титане длится 15,9 земных дня, то есть столько времени требуется Титану для обращения вокруг Сатурна. Титан заблокирован приливом , поэтому одна и та же часть Титана всегда обращена к Сатурну, и отдельного «месячного» цикла нет.

Сезонное изменение обусловлено годом Сатурна: Сатурну требуется около 29,5 земных лет, чтобы вращаться вокруг Солнца, выставляя разное количество солнечного света на северное и южное полушария Титана в разные периоды сатурнианского года. Сезонные погодные изменения включают более крупные углеводородные озера в северном полушарии зимой, уменьшение тумана в периоды равноденствий из-за изменения атмосферной циркуляции и связанные с этим ледяные облака в южных полярных регионах. [7] [8] Последнее равноденствие произошло 11 августа 2009 года; это было весеннее равноденствие для северного полушария, а это означает, что южное полушарие получает меньше солнечного света и переходит в зиму. [9]

Обычно приземный ветер слабый (<1 метр в секунду). Недавнее компьютерное моделирование показывает, что огромные дюны, похожие на сажу материала, падающие из атмосферы в экваториальных регионах, могут быть сформированы редкими штормовыми ветрами, которые случаются только каждые пятнадцать лет, когда Титан находится в равноденствии . [10] Штормы производят сильные нисходящие потоки, текущие на восток со скоростью до 10 метров в секунду, когда достигают поверхности. В конце 2010 года, что эквивалентно ранней весне в северном полушарии Титана, в районах экваториальной пустыни Титана наблюдалась серия метановых бурь. [11]

Из-за эксцентриситета орбиты Сатурна Титан примерно на 12% ближе к Солнцу в течение лета в южном полушарии, что делает южное лето короче, но жарче, чем северное. Эта асимметрия может способствовать топологическим различиям между полушариями - в северном полушарии гораздо больше углеводородных озер. [12] Озера Титана в основном спокойные, с небольшими волнами и рябью; однако « Кассини » обнаружил свидетельства увеличения турбулентности в течение лета в северном полушарии, предполагая, что приземные ветры могут усиливаться в определенное время года на Титане. [13] Кассини также видел волны и рябь . [14]

Метановый дождь и озера [ править ]

Результаты исследования « Гюйгенс» указывают на то, что атмосфера Титана периодически проливает на поверхность Луны жидкий метан и другие органические соединения. [15] В октябре 2007 года наблюдатели отметили увеличение видимой непрозрачности облаков над экваториальным районом Ксанаду , что наводит на мысль о «метановой мороси», хотя это не было прямым доказательством дождя. [16] Однако последующие изображения озер в южном полушарии Титана, сделанные за один год, показывают, что они увеличены и заполнены сезонными углеводородными дождями. [5] [17] Возможно, участки поверхности Титана могут быть покрыты слоем толинов , но это не подтверждено. [18]Присутствие дождя указывает на то, что Титан может быть единственным телом Солнечной системы, помимо Земли, на котором могут образовываться радуги . Однако, учитывая крайнюю непрозрачность атмосферы для видимого света, подавляющее большинство любых радуг будет видно только в инфракрасном диапазоне. [19]

Количество метановых озер, видимых около южного полюса Титана, явно меньше, чем количество наблюдаемых около северного полюса. Поскольку южный полюс в настоящее время находится летом, а северный - зимой, возникает гипотеза, что метан выпадает на полюса зимой и испаряется летом. [20] Согласно докладу Тэцуи Токано из Кельнского университета, циклоны, вызываемые этим испарением и связанные с дождем, а также ураганные ветры со скоростью до 20 м / с (45 миль в час), как ожидается, будут формироваться над большими северными районами. моря (Kraken Mare, Ligeia Mare, Punga Mare) только северным летом, продолжительностью до десяти дней. [21]Расчеты показывают, что, поскольку северное полушарие, где расположено большинство озер, вступает в длительное титановое лето, скорость ветра может увеличиться до 3 км / ч, уровней, достаточных для образования волн. [22] С 2014 года с помощью радара Кассини и визуального и инфракрасного картографического спектрометра несколько раз наблюдались волны , которые, вероятно, были вызваны летними ветрами [23] [24] или приливными течениями. [25] [26]

Тираж [ править ]

Вращающийся вихрь над южным полюсом Титана

Моделирование глобального ветра, основанное на данных о скорости ветра, полученных Гюйгенсом во время его спуска, позволило предположить, что атмосфера Титана циркулирует в одной огромной ячейке Хэдли . Теплый газ поднимается в южном полушарии, которое испытывает лето Титана во время Гюйгенса " родовых и поглотителей в северном полушарии, в результате высотного поток газа с юга на север и на малой высоту поток газа с севера на юг. Такая большая ячейка Хэдли возможна только в медленно вращающемся мире, таком как Титан. [27]Ячейка межполюсной ветровой циркуляции, похоже, сосредоточена в стратосфере; моделирование предполагает, что он должен меняться каждые двенадцать лет с трехлетним переходным периодом в течение года Титана (30 земных лет). [28] Эта ячейка создает глобальную полосу низкого давления - что, по сути, является разновидностью межтропической зоны конвергенции Земли (ITCZ). Однако, в отличие от Земли, где океаны ограничивают ITCZ ​​тропиками, на Титане зона перемещается от одного полюса к другому, унося с собой метановые дождевые облака. Это означает, что можно сказать, что на Титане, несмотря на низкие температуры, тропический климат. [29]

В июне 2012 года «Кассини» сфотографировал вращающийся полярный вихрь на южном полюсе Титана, который, по мнению группы визуализации, связан с «полярным колпаком» - областью плотной высотной дымки, наблюдаемой над северным полюсом с момента прибытия зонда в 2004 году. полушария теперь меняют сезоны после равноденствия 2009 года, когда южный полюс вступает в зиму, а северный - в лето, предполагается, что этот вихрь может означать формирование нового южного полярного колпака. [30] [31]

Облака [ править ]

Титан - Северный полюс - облачная система изображена в ложных цветах.
Титан - Южный полюс - деталь вихря

Облака Титана, вероятно, состоящие из метана , этана или другой простой органики, рассыпаны и изменчивы, подчеркивая общую дымку. [32]

В сентябре 2006 года « Кассини» сфотографировал большое облако на высоте 40 км над северным полюсом Титана. Хотя известно, что метан конденсируется в атмосфере Титана, облако, скорее всего, было этаном, поскольку обнаруженный размер частиц составлял всего 1–3 микрометра, и этан также может замерзать на этих высотах. В декабре Кассиниснова наблюдали облачный покров и обнаружили метан, этан и другие органические вещества. Облако было более 2400 км в диаметре и все еще было видно во время следующего пролета месяц спустя. Одна из гипотез состоит в том, что в настоящее время идет дождь (или, если достаточно прохладно, идет снег) на северном полюсе; нисходящие потоки в высоких северных широтах достаточно сильны, чтобы вытеснять органические частицы на поверхность. Это были самые убедительные доказательства давно предполагаемого «метанологического» цикла (аналогичного гидрологическому циклу Земли ) на Титане. [33]

Облака также были обнаружены над южным полярным регионом. Хотя обычно он покрывает 1% диска Титана, наблюдались вспышки, при которых облачный покров быстро расширялся до 8%. Одна из гипотез утверждает, что южные облака образуются, когда повышенный уровень солнечного света во время титановского лета вызывает подъем атмосферы, что приводит к конвекции . Это объяснение осложняется тем фактом, что образование облаков наблюдается не только после летнего солнцестояния, но и в середине весны. Повышенная влажность метана на южном полюсе, возможно, способствует быстрому увеличению размера облаков. [34]В южном полушарии Титана было лето до 2010 года, когда орбита Сатурна, которая управляет движением Луны, наклонила северное полушарие к Солнцу. [27] Ожидается, что при смене сезонов этан начнет конденсироваться над южным полюсом. [35]

Метановые облака Титана (анимация; июль 2014 г.). [36]

Исследовательские модели, которые хорошо согласуются с наблюдениями, предполагают, что облака на Титане группируются в предпочтительных координатах и ​​что облачный покров зависит от расстояния от поверхности в разных частях спутника. В полярных регионах (выше 60 градусов широты ) широко распространенные и постоянные облака этана появляются в тропосфере и над ней; на более низких широтах в основном метановые облака встречаются между 15 и 18 км, и они более спорадические и локализованные. В летнем полушарии частые, толстые, но спорадические метановые облака, кажется, группируются около 40 °. [28]

Наземные наблюдения также показывают сезонные колебания облачного покрова. В течение 30 лет орбиты Сатурна облачные системы Титана проявляются в течение 25 лет, а затем исчезают в течение четырех-пяти лет, прежде чем появятся снова. [33]

Кассини также обнаружил высотные белые облака перистого типа в верхних слоях атмосферы Титана, вероятно, образованные из метана. [37]

Хотя на Титане еще не наблюдалось никаких свидетельств молниеносной активности, компьютерные модели предполагают, что облака в нижней тропосфере Луны могут накапливать достаточно заряда, чтобы генерировать молнии с высоты примерно 20 км. [38] Присутствие молний в атмосфере Титана будет способствовать производству органических материалов. Кассини не обнаружил какого-либо значимого сигнала молнии в атмосфере Титана [39], хотя молния все еще могла присутствовать, если она была слишком слабой для обнаружения. [40] Недавнее компьютерное моделирование показало, что при определенных обстоятельствах стримерные разряды , ранние стадии разрядов молний, ​​могут формироваться на Титане. [41]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Титан: мир, очень похожий на Землю» . Space.com . 6 августа 2009 . Проверено 2 апреля 2012 года .
  2. ^ DE Jennings et al. (2016). Письма астрофизического журнала, 816 , L17, http://dx.doi.org/10.3847/2041-8205/816/1/L17 . см. https://www.nasa.gov/image-feature/jpl/pia20020/titan-temperature-lag-maps-animation .)
  3. ^ а б в Маккей, CP; Поллак, JB; Куртин, Р. (6 сентября 1991 г.). «Титан: парниковые и антипарниковые эффекты на Титане». Наука . 253 (5024): 1118–1121. Bibcode : 1991Sci ... 253.1118M . DOI : 10.1126 / science.11538492 . PMID 11538492 . 
  4. ↑ Маккей, Крис (3 ноября 2005 г.). «Титан: теплица и анти-теплица» . Астробиология . Архивировано из оригинального 13 февраля 2006 года . Проверено 3 октября 2008 года .
  5. ^ а б «Титан имеет больше нефти, чем Земля» . Space.com . 13 февраля 2008 . Проверено 13 февраля 2008 года .
  6. ^ «PIA06236: Титан: Комплекс« Анти-теплица » » . Планетарный фотожурнал . Лаборатория реактивного движения . 2 мая 2005 . Проверено 30 января 2019 года .
  7. ^ «Титан, спутник Сатурна, показывает удивительные сезонные изменения» . ScienceDaily . 28 сентября 2012 . Проверено 30 января 2019 года .
  8. Рианна Морроу, Эшли (10 ноября 2015 г.). «Чудовищное ледяное облако в южной полярной области Титана» . НАСА . Проверено 30 января 2019 года .
  9. ^ "На Титане небо падает!" . Исследование Солнечной системы: Наука НАСА . 4 мая 2011 . Проверено 30 января 2019 года .
  10. ^ «Сильные метановые бури на Титане могут объяснить направление дюн» . SpaceRef . 15 апреля 2015 года . Проверено 19 апреля 2015 года .
  11. ^ "Кассини видит, что сезонные дожди изменяют поверхность Титана" . НАСА . 17 марта 2011 . Проверено 20 января 2018 года .
  12. ^ Aharonson, Одед (ноябрь 2009). «Озера Титана» . Калифорнийский технологический институт . Архивировано из оригинального 15 апреля 2018 года . Проверено 30 января 2019 года .
  13. ↑ Бойл, Ребекка (5 марта 2016 г.). «Лето на Титане может вызвать волны на озерах» . Новый ученый . № 3063 . Проверено 30 января 2019 года .
  14. Перейти ↑ Klotz, Irene (23 марта 2014 г.). «Кассини шпионит за волнами на Титане» . Space.com . Проверено 30 января 2019 года .
  15. ^ Lakdawalla, Эмили (21 января 2003). «Титан: Аризона в морозильнике?» . Планетарное общество . Архивировано из оригинального 12 февраля 2010 года . Проверено 28 марта 2005 года .
  16. ^ Ádámkovics, Máté; Вонг, Майкл Х .; Лейвер, Конор; де Патер, Имке (9 ноября 2007 г.). «Утренняя морось на Титане». Наука . 318 (5852): 962–965. Bibcode : 2007Sci ... 318..962A . DOI : 10.1126 / science.1146244 . PMID 17932256 . 
  17. ^ Мейсон, Джо; Бакли, Майкл (29 января 2009 г.). «Кассини обнаруживает, что углеводородные дожди могут заполнить озера» . Центральная операционная лаборатория Cassini Imaging . Институт космических наук . Проверено 29 января 2009 года .
  18. ^ Сомоги, Арпад; Смит, Массачусетс (сентябрь 2006 г.). «Масс-спектральное исследование толинов, полученных в лаборатории, и продуктов их реакций: влияние на химию поверхности толина на Титане». Бюллетень Американского астрономического общества . 38 : 533. Bibcode : 2006DPS .... 38.2730S .
  19. ^ "Радуга на Титане" . НАСА Наука . 25 февраля 2005 . Проверено 8 октября 2011 года .
  20. ^ "Файл НАСА Кассини: Радиолокационные изображения Южного полюса Титана" . SpaceRef . 9 января 2008 . Проверено 11 января 2008 года .
  21. ↑ Hecht, Jeff (27 февраля 2013 г.). «Ледяной Титан порождает тропические циклоны» . Новый ученый . Проверено 9 марта 2013 года .
  22. ^ «Прогноз для Титана: может быть дикая погода» . Лаборатория реактивного движения . 22 мая 2013 года . Проверено 19 июля 2013 года .
  23. ^ Барнс, Джейсон У .; Сотин, Кристоф; Содерблом, Джейсон М .; Браун, Роберт Х .; Hayes, Александр G .; Донелан, Марк; Родригес, Себастьен; Муэлик, Стефан Ле; Бейнс, Кевин Х .; МакКорд, Томас Б. (21 августа 2014 г.). «Cassini / VIMS наблюдает за шероховатыми поверхностями Punga Mare Титана в зеркальном отражении» . Планетарная наука . 3 (1): 3. DOI : 10,1186 / s13535-014-0003-4 . ISSN 2191-2521 . PMC 4959132 . PMID 27512619 .   
  24. ^ Хофгартнер, Джейсон Д .; Hayes, Александр G .; Лунин, Джонатан I .; Зебкер, Ховард; Lorenz, Ralph D .; Маласка, Майкл Дж .; Мастрогиузеппе, Марко; Нотарникола, Клаудиа; Содерблом, Джейсон М. (01.06.2016). «Волшебные острова Титана»: переходные явления в углеводородном море » . Икар . 271 : 338–349. DOI : 10.1016 / j.icarus.2016.02.022 . ISSN 0019-1035 . 
  25. ^ Хеслар, Майкл Ф .; Барнс, Джейсон У .; Содерблом, Джейсон М .; Сеньоверт, Бенуа; Dhingra, Rajani D .; Сотин, Кристоф (14.08.2020). «Приливные течения, обнаруженные в проливе Кракен-Маре по результатам наблюдений за солнечным блеском на аппарате Cassini VIMS» . Журнал планетарной науки . 1 (2): 35. DOI : 10,3847 / PSJ / aba191 . ISSN 2632-3338 . 
  26. ^ Сотин, C .; Барнс, JW; Лоуренс, KJ; Содерблом, JM; Audi, E .; Коричневый, RH; Le Mouelic, S .; Baines, KH; Buratti, BJ; Кларк, RN; Николсон, PD (2015-12-01). «Приливные течения между морями Титана, обнаруженные солнечными бликами» . Тезисы осеннего собрания AGU . 12 : P12B – 04.
  27. ^ a b "Как ветер дует на Титане" . Лаборатория реактивного движения . 1 июня 2007 года Архивировано из оригинального 27 апреля 2009 года . Проверено 2 июня 2007 года .
  28. ^ a b Rannou, R .; Montmessin, F .; Hourdin, F .; Лебоннуа, С. (13 января 2006 г.). "Широта распространения облаков на Титане". Наука . 311 (5758): 201–205. Bibcode : 2006Sci ... 311..201R . DOI : 10.1126 / science.1118424 . PMID 16410519 . 
  29. ^ "Тропический Титан" . Астробиология . 7 октября 2007 года в архив с оригинала на 11 октября 2007 года . Проверено 16 октября 2007 года .
  30. ^ "Южный полярный вихрь в движении" . Центральная операционная лаборатория Cassini Imaging . Институт космических наук. 10 июля 2012 . Проверено 11 июля 2012 года .
  31. ^ "Огромный вихрь, замеченный на спутнике Сатурна" . BBC News . 11 июля 2012 . Проверено 11 июля 2012 года .
  32. ^ Арнетт, Билл (2005). «Титан (Сатурн VI)» . Университет Аризоны . Архивировано из оригинального 21 ноября 2005 года . Проверено 10 апреля 2005 года .
  33. ^ a b "Изображения Кассини Мамонтова Облака, поглощающего Северный полюс Титана" . НАСА . 1 февраля 2007 . Проверено 14 апреля 2007 года .
  34. ^ Шаллер, Эмили Л .; Браун, Майкл Э .; Роу, Генри Дж .; Бушез, Антонин Х. (13 февраля 2006 г.). «Вспышка большого облака на южном полюсе Титана» (PDF) . Икар . 182 (1): 224–229. Bibcode : 2006Icar..182..224S . DOI : 10.1016 / j.icarus.2005.12.021 . Проверено 23 августа 2007 года .
  35. ↑ Сига, Дэвид (14 сентября 2006 г.). «На Титане обнаружено огромное этановое облако» . Новый ученый . Vol. 313. с. 1620 . Проверено 7 августа 2007 года .
  36. ^ Dyches, Preston (12 августа 2014). «Кассини отслеживает облака, развивающиеся над морем Титана» . НАСА . Проверено 13 августа 2014 года .
  37. ↑ Аткинсон, Нэнси (4 февраля 2011 г.). "На Титане найдены перистые облака земного типа" . Вселенная сегодня . Проверено 11 февраля 2011 года .
  38. ↑ Чоу, Дениз (11 мая 2010 г.). «Гром Титана может указывать на инопланетную молнию» . Space.com . Проверено 11 февраля 2011 года .
  39. ^ Фишер, G; Gurnett, DA; Курт, WS; Фарелл, ВМ; Kaiser, ML; Зарка, П (2007). «Обнаружение радиоизлучения молний Титана с помощью Кассини / RPWS после 35 близких пролетов Титана» . Geophys. Res. Lett . 34 (22): L22104. Bibcode : 2007GeoRL..3422104F . DOI : 10.1029 / 2007GL031668 .
  40. ^ Фишер, G; Гурнетт, Д.А. (2011). «Поиски радиоизлучения молний Титана». Geophys. Res. Lett . 38 (8): L08206. Bibcode : 2011GeoRL..38.8206F . DOI : 10.1029 / 2011GL047316 .
  41. ^ Köhn, C; Дуйко, С; Чанрион, О; Нойберт, Т (2019). «Распространение стримеров в атмосфере Титана и других смесей N 2 : CH 4 по сравнению со смесями N 2 : O 2 » . Икар . 333 : 294–305. arXiv : 1802.09906 . Bibcode : 2019Icar..333..294K . DOI : 10.1016 / j.icarus.2019.05.036 .