Klimaet på Titan , Saturns største måne, ligner Jordens klima på mange måder, på trods af Titans væsentligt køligere temperatur. Den tykke atmosfære, metanregn og den mulige tilstedeværelse af kryovulkanisk aktivitet fører til klimaændringer i løbet af året.
Titan modtager kun omkring 1 % af den solstråling, som Jorden modtager. [1] Gennemsnitlig overfladetemperatur er omkring 98,29 K (−179 °C eller -290 °F). Ved en given temperatur har vandis et meget lavt damptryk, så atmosfæren indeholder kun lidt eller ingen vanddamp. Tilstedeværelsen af metan i atmosfæren fører til drivhuseffekten , som bidrager til højere overfladetemperaturer. [2] [3]
Disen i Titans atmosfære bidrager til anti-drivhuseffekten ved at reflektere noget af solstrålingen, hvilket får overfladen til at se koldere ud end højere lag af atmosfæren. [2] Denne proces kompenserer delvist for drivhuseffekten. [4] Ifølge en undersøgelse af McKay et al. reducerer anti-drivhuseffekten overfladetemperaturen med 9 K, drivhuseffekten øges med 21 K; således er overfladetemperaturen (94 K) 12 K højere end den effektive temperatur på 82 K (den temperatur, der ville blive nået i fravær af en atmosfære). [2]
Hældningen af Titans bane er meget tæt på Saturns rotationsakse (ca. 27°), og Titans rotationsakse er vinkelret på kredsløbets plan. Det betyder, at retningen af solens stråler afhænger af cyklussen af dag og nat på Titan og af årets længde på Saturn. Dag-nat-cyklussen på Titan tager 15,9 jorddage, nøjagtig den samme tid som Titans kredsløb om Saturn varer. Titan er i synkron rotation med Saturn, så den samme del af Titan står over for Saturn hele tiden.
Årstidsmæssige ændringer er forbundet med Saturns år: Saturn kredser om Solen med en periode på omkring 29,5 jordår, mens forskellige mængder af solstråling falder på forskellige halvkugler af Titan med forskellige intervaller af året. Sæsonbestemte vejrændringer inkluderer en stigning i kulbrintesøer på den nordlige halvkugle om vinteren, et fald i dis omkring jævndøgn og isskyer i det sydlige polarområde. [5] [6] Den sidste (for 2018) jævndøgn fandt sted den 11. august 2009, som var forårsjævndøgn for den nordlige halvkugle, derfor modtager den sydlige halvkugle mindre lys og nærmer sig vinteren. [7]
Vinden på Titans overflade er normalt svag (mindre end 1 m/s). Nylige computersimuleringsresultater har vist, at høje sodklitter kan dannes af sjældne orkanvinde, der forekommer hvert 15. år under jævndøgn. [8] Orkaner skaber stærke lodrette strømme i atmosfæren og når strømningshastigheder på 10 m/s nær overfladen. I slutningen af 2010 blev der observeret metanstorme i ørkenområderne i Titans ækvatoriale ørkener. [9]
På grund af den ikke-nul excentricitet af Saturns bane, er Titan 12% tættere på Solen i løbet af sommeren på den sydlige halvkugle, hvilket gør de sydlige somre kortere og varmere end de nordlige. Denne asymmetri kan bidrage til topologiske forskelle mellem halvkuglerne: der er mange flere kulbrinteskyer på den nordlige halvkugle. [10] Overfladen af Titans søer er meget rolig, bølger eller krusninger er sjældent synlige. Cassini-rumfartøjet opdagede dog en stigning i turbulens under sommeren på den nordlige halvkugle; måske, i nogle årstider, tiltager vinden nær overfladen. [11] Cassini bemærkede også tilstedeværelsen af bølger og krusninger. [12]
Undersøgelser udført af Huygens- sonden viste, at der i Titans atmosfære periodisk forekommer regn af flydende metan og andre organiske stoffer. [13] I oktober 2007 bemærkede observatører en stigning i skyopacitet over Xanadu -regionen , men dette var ikke direkte bevis på regn. [14] Imidlertid viste efterfølgende billeder af søer på Titans sydlige halvkugle taget i løbet af året, at søerne forstørres og fyldes på grund af sæsonbestemt kulbrinteregn. [3] [15] Det er muligt, at nogle områder på overfladen er dækket af et lag af tholiner , men denne antagelse er endnu ikke blevet bekræftet. [16] Tilstedeværelsen af regn indikerer, at Titan kan være det eneste solsystemobjekt bortset fra Jorden, hvor regnbuer kan observeres. Men på grund af atmosfærens høje opacitet over for synligt lys, vil de fleste regnbuer kun være synlige i infrarødt lys. [17]
Antallet af metansøer observeret nær Titans sydpol er betydeligt mindre end antallet observeret nær nordpolen. Da det i øjeblikket (2018) er sommer på sydpolen og vinter på nordpolen, er der en hypotese om, at metan falder til polerne i form af regn om vinteren og fordamper om sommeren. [18] Ifølge Tetsuya Tokanos arbejde fra universitetet i Köln kan cykloner reguleret af sådan fordampning og regn, såvel som vinde med en hastighed på op til 20 m/s, danne store hav i den nordlige del af Titan ( Krakenhavet , Ligeiahavet , Pungihavet ) kun om sommeren. [19] Til dato (2018) er der ikke fundet bølger på nogen af Titans søer. Beregninger viser dog, at når sommeren nærmer sig på den nordlige halvkugle, hvor de fleste af søerne ligger, kan vindhastighederne stige op til 3 km/t, hvilket er nok til at skabe bølger. [tyve]
Simuleringer af storskala vindfordeling fra Huygens ' vindhastighedsdata viser, at Titans atmosfære cirkulerer som en enkelt kæmpe Hadley-celle . Varm luft stiger op på den sydlige halvkugle, som var sommer på tidspunktet for undersøgelsen, og synker på den nordlige halvkugle, hvilket resulterer i luftstrømme i stor højde fra syd til nord og i lav højde fra nord til syd. En sådan stor Hadley-celle er kun mulig i tilfælde af en langsom rotation af et himmellegeme. [21] Pol-til-pol vindcirkulation ser ud til at være centreret i stratosfæren; modellering viser, at hvert 12. år skal oplaget ændres, mens der vil være en treårig overgangsperiode. Den fulde periode med cirkulationsændring er omkring 30 år (et år på Titan). [22] Hadley-cellen skaber et globalt lavtryksbånd, som er analogt med Jordens intratropiske konvergenszone . I modsætning til Jorden, hvor havene holder denne zone inden for troperne, strækker denne zone sig på Titan fra pol til pol og bærer metanskyer med sig. På trods af de lave temperaturer på Titan kan vi således sige, at Titan har et tropisk klima. [23]
I juni 2012 tog Cassini-rumfartøjet et billede af polarhvirvelen ved Titans sydpol. Det er sandsynligvis relateret til "polar hood" - et område med tæt dis i stor højde, observeret på nordpolen siden 2004. Da årstiderne ved polerne nu skifter efter jævndøgn i 2009, med vinter på sydpolen og sommer ved nord, er der spekulationer om, at en sådan hvirvel er indikativ for dannelsen af en ny "polarhætte" på sydpolen. [24] [25]
Titans skyer, der sandsynligvis består af metan, ethan eller andre simple organiske forbindelser, er forskellige og spredte i rummet og danner en generel tåge. [26]
I september 2006 erhvervede Cassini-rumfartøjet et billede af en stor sky omkring 40 km over Titans nordpol. Selvom metan kondenserer i Titans atmosfære, er skyerne mere tilbøjelige til at være ethan, med partikelstørrelser omkring 1-3 mikrometer detekteret; i sådanne højder kan ethan fryse. I december observerede Cassini skydække igen og fandt metan, ethan og andre organiske forbindelser. Skyen var mere end 2400 km i diameter og blev observeret en måned senere. Ifølge en hypotese skulle det regne (eller sne) fra denne sky på nordpolen. Nedstrømning af luft på høje nordlige breddegrader er stærk nok til, at partikler af organiske forbindelser kan falde til overfladen. Dette er det stærkeste bevis på, at der eksisterer en "metanologisk" cyklus på Titan, svarende til den hydrologiske cyklus på Jorden. [27]
Skyer er også blevet opdaget i et område nær sydpolen. Normalt er 1% af Titans disk dækket af skyer, men i nogle tilfælde når skydækket et område på 8%. Ifølge en hypotese dannes sydlige skyer, når belysningsniveauet fra Solen stiger i løbet af sommeren på den sydlige halvkugle, hvilket fører til konvektion. Denne forklaring kompliceres af, at skydannelse ikke kun blev observeret i perioden efter sommersolhverv, men også midt på foråret. En stigning i mængden af metanvæske på sydpolen vil sandsynligvis bidrage til den hurtige vækst i skystørrelser. [28] Det var sommer på den sydlige halvkugle før 2010. [21] Efterhånden som årstiderne skifter, forventes ethan at begynde at kondensere nær sydpolen. [29]
Modeller, der stemmer godt overens med observationer, viser, at skyer på Titan graviterer til bestemte koordinater, og skydække kan være i forskellige afstande fra overfladen i forskellige dele af satellitten. I polarområderne (på breddegrader større end 60 grader) forekommer udbredte ethanskyer i og over troposfæren, på lavere breddegrader findes metanskyer i højder fra 15 til 18 km, mens de er mindre regelmæssige og mere lokaliserede. På den halvkugle, hvor det nu er sommer, er tykke metanskyer koncentreret på breddegrader på omkring 40 grader. [22]
Jordbaserede observationer afslørede også sæsonbestemte ændringer i skydække. I løbet af Saturns 30-årige omløbsperiode ser Titans skysystem ud til at eksistere i omkring 25 år og forsvinder derefter i 4 eller 5 år, før det dukker op igen. [27]
Cassini fandt også høje hvide cirrus- lignende skyer i den øvre atmosfære, sandsynligvis sammensat af metan. [31]
Selvom der ikke er observationsbeviser for eksistensen af lyn på Titan, har computersimuleringer vist, at skyer i den nedre troposfære kan akkumulere nok ladning til at skabe lyn i højder større end 20 km. [32]
| Titanium | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Geografi |
| |||||||
| Undersøgelse | ||||||||
| Andre emner |
| |||||||
| ||||||||