La nebulosa luna di Saturno, Titano, ha un vortice polare invernale di lunga durata simile alla Terra, sovralimentato dalla peculiare chimica della luna, secondo una nuova ricerca pubblicata sulla rivista di AGU Lettere di ricerca geofisica .

Titano è la seconda luna più grande del sistema solare e l'unica luna con un'atmosfera densa paragonabile a quella terrestre. La luna di Saturno potrebbe essere il posto più simile alla Terra nel sistema solare, con le stagioni, laghi piovosi e di superficie, anche se è circa 10 volte più lontana dal Sole della Terra e molto fredda.

stratosfera di Titano, come quella della Terra, è caratterizzato da strati più freddi più vicini alla superficie e strati più caldi più in alto, ed è il regno del vortice polare, un cappello di aria fredda che si trova sopra i pali in inverno. Questo è lo stesso fenomeno che può causare temperature rigide in Nord America durante l'inverno.

Sulla terra, il vortice polare di solito si dissipa in primavera. Il nuovo studio ha scoperto che il vortice polare dell'emisfero settentrionale di Titano si blocca oltre il solstizio d'estate della luna, in quello che sarebbe fine giugno sulla Terra, della durata di tre quarti di un anno titano, o circa 22 anni terrestri.

Il nuovo studio ha utilizzato le misurazioni della sonda spaziale Cassini della NASA e la scienza dell'atmosfera sviluppata sulla Terra per comprendere i cambiamenti stagionali osservati su Titano.

Il nuovo studio ha ampliato il lavoro precedente dei ricercatori indicando che la presenza del vortice polare su Titano spiegava l'arricchimento di gas traccia nella stratosfera lunare e l'arricchimento di gas traccia spiegava il freddo inaspettatamente intenso osservato nel vortice dell'emisfero meridionale all'inizio dell'inverno.

La combinazione di raffreddamento causato da tracce di gas e riscaldamento causato dall'affondamento dell'aria rompe l'inverno di Titano in due fasi, secondo il nuovo studio.

"La terra si raffredda in inverno a causa della mancanza di luce solare sui poli, ma non ottieni questo effetto aggiuntivo dai gas extra, considerando che su Titano ci sono questi strani gas che rendono il processo ancora più estremo di quanto sarebbe altrimenti, " ha detto Nick Teanby, uno scienziato planetario presso l'Università di Bristol nel Regno Unito, e l'autore principale del nuovo studio.

Il lavoro precedente di Teanby e dei suoi colleghi ha descritto la relazione tra i gas in traccia e il vortice polare, ma il nuovo studio è la prima analisi completa della variazione stagionale della temperatura e della composizione della stratosfera di Titano, sulla base dei dati di mappatura a infrarossi dell'intero tour di 13 anni della Terra di Cassini nel sistema di Saturno.

"Questa è la prima volta che un documento entra nell'intero set di dati Cassini, coprendo quasi la metà dell'anno titano, e ha osservato come l'evoluzione del vortice polare settentrionale e meridionale potrebbe differire, " ha detto Claire Newman, un esperto di atmosfere planetarie presso Aeolis Research e un ricercatore non affiliato al nuovo studio. "Lavoro su modelli atmosferici e ci affidiamo a questo tipo di osservazioni per capire quanto correttamente i nostri modelli stiano catturando ciò che sta accadendo su Titano stesso".

Nel futuro, gli autori del nuovo studio sperano di avere dati sufficienti per applicare i modelli atmosferici della Terra a Titano e tentare di prevedere le tendenze climatiche sulla luna. Testare i modelli su un mondo completamente nuovo potrebbe aiutare gli scienziati a rendere i modelli più robusti. Un giorno, L'insolita luna di Saturno può aiutare gli scienziati a comprendere meglio l'atmosfera del nostro pianeta natale, disse Teanby.

"Il motivo per cui è così interessante è che Titano è come una mini Terra con un'atmosfera davvero esotica e fredda che possiamo usare per testare modelli climatici e cose del genere, " ha detto Teanby. "Questo è il quadro generale del motivo per cui ci siamo preoccupati, ma immagino che la vera motivazione sia solo che è davvero bello provare a capire queste cose".

vortice invernale

Titano ruota su un asse inclinato di circa lo stesso grado di quello della Terra, che dà alla luna stagioni come quelle della Terra, ma prolungati nel corso dei 29 anni terrestri che Titano e Saturno impiegano per fare il giro del Sole. La sonda spaziale Cassini della NASA ha osservato l'alternarsi delle stagioni di Titano, da metà inverno fino al solstizio d'estate nell'emisfero settentrionale della luna.

Quando Cassini arrivò a Saturno nel 2004, Il polo nord di Titano è stato avvolto da un vortice polare dal polo a circa 45 gradi di latitudine nord, su dove si trova il confine meridionale del Montana sulla Terra.

Un vortice polare è un grande cappello di aria fredda e bassa pressione che si trova sopra i poli in inverno, girando in direzione del pianeta, o di luna, rotazione. Forti correnti a getto da ovest circondano il polo e contengono il freddo, creando una netta separazione dall'aria calda dall'equatore. Le barriere Jetstream evitano la miscelazione delle masse d'aria e mantengono le sostanze chimiche e il freddo all'interno del vortice.

Sulla terra, il confine di questo grande sistema atmosferico si trova a circa 60 gradi di latitudine, il confine meridionale dello Yukon canadese e dei Territori del Nordovest nell'emisfero settentrionale. Le latitudini più basse incontrano il vortice, come ha fatto il Nord America lo scorso gennaio, quando la corrente a getto in circolo si indebolisce o serpeggia.

Cassini scoprì che il vortice polare settentrionale di Titano persisteva durante l'equinozio e si disgregava in estate, proprio come sulla Terra, ma dura nel corso dell'anno. Nel frattempo, un nuovo vortice iniziò a formarsi sul polo sud poco dopo l'equinozio lunare. Il vortice meridionale embrionale era, sorprendentemente, più freddo del vortice settentrionale, che era stata osservata solo in pieno splendore invernale.

La nuova ricerca suggerisce che la differenza potrebbe essere una fase extra-fredda all'inizio dell'inverno prodotta dalla chimica di Titano piuttosto che differenze intrinseche tra i poli.

Strana chimica

Il nuovo studio suggerisce che la chimica atmosferica di Titano potrebbe accentuare il suo vortice polare. Come l'atmosfera terrestre, L'atmosfera di Titano è principalmente azoto, e la pressione superficiale della luna è circa 1,5 volte quella della Terra al livello del mare. Ma a differenza della Terra, il restante 2% dell'atmosfera è principalmente metano, il principale componente del gas naturale. Quando piove su Titano, piove idrocarburi.

In alto la luna è relativamente calda, atmosfera superiore, il metano reagisce con l'energia del Sole e del campo magnetico di Saturno per produrre gas in tracce come il cianuro, etilene, etano e molecole organiche più grandi. Alcuni di questi gas sono gli elementi costitutivi della foschia caratteristica di Titano.

Cassini ha osservato un arricchimento di questi gas traccia sui poli invernali e la nuova ricerca rileva che questo arricchimento è più pronunciato all'inizio dell'inverno, quando anche il polo è più freddo.

su Titano, come sulla Terra, la differenza di temperatura tra l'equatore e il polo invernale buio determina infine la formazione del vortice polare. Su entrambi i mondi, lavandini dell'aria fredda, trascinando l'atmosfera superiore verso il basso al polo in inverno. Mentre i gas in traccia si mescolano verso il basso negli strati intermedi più freddi dell'atmosfera di Titano, si condensano in nubi liquide o solide. I gas in traccia condensati agiscono come un lavandino, accelerando il movimento di più gas in traccia verso il basso dalla parte superiore dell'atmosfera in cui vengono creati.

I gas traccia rendono gli strati freddi della stratosfera di Titano ancora più freddi emettendo luce infrarossa. La luce infrarossa è appena oltre lo spettro della luce visibile ed è percepibile dall'uomo come calore. Quando i gas in traccia si illuminano, perdono energia, che ha l'effetto di raffreddare l'atmosfera irradiando energia nello spazio. Il nuovo studio propone che l'aria, ora ancora più fredda, sprofondi più velocemente, in un gelido ciclo di feedback.

"Succede tutto all'inizio dell'inverno, quindi l'inizio dell'inverno è davvero, veramente freddo, " disse Teanby. Alla fine, l'aumento di pressione causato da tutta quell'aria che affonda crea il proprio calore, che contrasta il ciclo di feedback. Gli autori suggeriscono che questo crea due fasi distinte nell'inverno di Titano.

"Man mano che ci si addentra nell'inverno e la circolazione è più sviluppata, ottieni un effetto opposto, dove inizi a scaldare la stratosfera a causa di questa compressione dell'aria mentre sta affondando. Quindi ci sono queste due fasi dell'inverno che sono piuttosto strane. Non siamo del tutto sicuri che sia quello che sta succedendo, ma questa è la nostra teoria al momento, " ha detto Teanby.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di AGU Blogs (http://blogs.agu.org), una comunità di blog di scienze della Terra e dello spazio, ospitato dall'American Geophysical Union. Leggi la storia originale qui.