Saturnus' wazige maan Titan heeft een langlevende aardachtige winterpolaire vortex die wordt aangejaagd door de eigenaardige chemie van de maan, volgens nieuw onderzoek gepubliceerd in het tijdschrift van AGU Geofysische onderzoeksbrieven .

Titan is de op één na grootste maan in het zonnestelsel en de enige maan met een dikke atmosfeer die vergelijkbaar is met die van de aarde. De Saturnusmaan is misschien wel de meest aardse plek in het zonnestelsel, met seizoenen, regen- en oppervlaktemeren, hoewel het ongeveer 10 keer zo ver van de zon is als de aarde en erg koud is.

de stratosfeer van Titan, zoals die van de aarde, wordt gekenmerkt door koelere lagen dichter bij het oppervlak en warmere lagen hogerop, en is het rijk van de polaire vortex, een kap van koude lucht die in de winter over de polen zit. Dit is hetzelfde fenomeen dat in de winter ijskoude temperaturen kan veroorzaken in Noord-Amerika.

Op aarde, de polaire vortex verdwijnt meestal in het voorjaar. De nieuwe studie wees uit dat de polaire vortex van Titan op het noordelijk halfrond rond de zomerzonnewende van de maan blijft hangen, in wat eind juni op aarde zou zijn, driekwart van een Titan-jaar duurt, of ongeveer 22 aardse jaren.

De nieuwe studie gebruikte metingen van NASA's Cassini-ruimtevaartuig en atmosferische wetenschap die op aarde is ontwikkeld om seizoensveranderingen te begrijpen die op Titan zijn waargenomen.

De nieuwe studie breidde eerder werk van de onderzoekers uit, wat aangeeft dat de aanwezigheid van de polaire vortex op Titan de verrijking van sporengassen in de stratosfeer van de maan verklaarde en de verrijking van sporengassen verklaarde de onverwacht intense kou die in de vroege winter in de vortex van het zuidelijk halfrond werd waargenomen.

De combinatie van afkoeling veroorzaakt door sporengassen en opwarming veroorzaakt door dalende lucht breekt de winter van Titan in twee fasen, volgens de nieuwe studie.

"De aarde koelt af in de winter door gebrek aan zonlicht boven de polen, maar dit extra effect krijg je niet van extra gassen, terwijl je op Titan deze vreemde gassen hebt die het proces nog extremer maken dan het anders zou zijn, " zei Nick Teanby, een planetaire wetenschapper aan de Universiteit van Bristol in het Verenigd Koninkrijk, en de hoofdauteur van de nieuwe studie.

Eerder werk van Teanby en zijn collega's beschreef de relatie tussen de sporengassen en de polaire vortex, maar de nieuwe studie is de eerste uitgebreide analyse van seizoensvariatie in de temperatuur en samenstelling van de stratosfeer van Titan, gebaseerd op infrarood kaartgegevens van Cassini's volledige 13-aarde-jaar rondreis door het systeem van Saturnus.

"Dit is de eerste keer dat één artikel in de hele Cassini-dataset is opgenomen, die bijna de helft van het Titan-jaar beslaat, en bekeken hoe de evolutie van de noordelijke en zuidelijke polaire vortex zou kunnen verschillen, " zei Claire Newman, een expert in planetaire atmosferen bij Aeolis Research en een onderzoeker die niet betrokken is bij de nieuwe studie. "Ik werk aan atmosferische modellen en we vertrouwen op dit soort waarnemingen om te begrijpen hoe correct onze modellen vastleggen wat er op Titan zelf gebeurt."

In de toekomst, de auteurs van de nieuwe studie hopen genoeg gegevens te hebben om de atmosferische modellen van de aarde op Titan toe te passen en te proberen klimaattrends op de maan te voorspellen. Het testen van modellen op een hele nieuwe wereld zou wetenschappers kunnen helpen de modellen robuuster te maken. Op een dag, De ongebruikelijke maan van Saturnus kan wetenschappers helpen de atmosfeer van onze thuisplaneet beter te begrijpen, zei Teanby.

"Waarom het zo interessant is, is dat Titan als een mini-aarde is met een echt exotische en koude atmosfeer die we kunnen gebruiken om klimaatmodellen en dat soort dingen te testen, "Zei Teanby. "Dat is het grote plaatje waarom we ons druk maakten, maar ik denk dat de echte motivatie gewoon is dat het echt cool is om te proberen dit soort dingen uit te zoeken."

Winter werveling

Titan draait om een ​​as die ongeveer in dezelfde mate is gekanteld als die van de aarde, die de maan seizoenen geeft zoals die van de aarde, maar uitgesponnen over de 29 aardse jaren die Titan en Saturnus nodig hebben om rond de zon te cirkelen. NASA's Cassini-ruimtevaartuig observeerde de wisseling van de seizoenen van Titan, van het midden van de winter tot de zomerzonnewende op het noordelijk halfrond van de maan.

Toen Cassini in 2004 bij Saturnus aankwam, De noordpool van Titan was gehuld in een polaire vortex van de pool tot ongeveer 45 graden noorderbreedte, over waar de zuidelijke grens van Montana op aarde ligt.

Een polaire vortex is een grote hoeveelheid koude lucht en lage druk die in de winter boven de polen zit, draaiend in de richting van de planeet, of die van de maan, draaien. Sterke westelijke jetstreams omcirkelen de pool en houden de koude, het creëren van een duidelijke scheiding van warme lucht van de evenaar. Jetstream-barrières voorkomen vermenging van luchtmassa's en houden zowel chemicaliën als kou in de vortex.

Op aarde, de rand van dit grote atmosferische systeem ligt op ongeveer 60 graden noorderbreedte, de zuidelijke grens van Canada's Yukon en Northwest Territories op het noordelijk halfrond. Lagere breedtegraden ontmoeten de vortex, zoals Noord-Amerika afgelopen januari deed, wanneer de rondcirkelende straalstroom verzwakt of meandert.

Cassini ontdekte dat de noordelijke polaire vortex van Titan bleef bestaan ​​tijdens de equinox en in de zomer uiteenviel, net als op aarde, maar blijvend later in het jaar. In de tussentijd, kort na de equinox van de maan begon zich een nieuwe draaikolk boven de zuidpool te vormen. De embryonale zuidelijke vortex was, verrassend genoeg, kouder dan de noordelijke draaikolk, die alleen in volle winterglorie was waargenomen.

Het nieuwe onderzoek suggereert dat het verschil een vroege winterkoude fase kan zijn die wordt geproduceerd door de chemie van Titan, in plaats van intrinsieke verschillen tussen de polen.

Vreemde chemie

De nieuwe studie suggereert dat de atmosferische chemie van Titan de polaire vortex kan accentueren. Zoals de atmosfeer van de aarde, De atmosfeer van Titan bestaat voornamelijk uit stikstof, en de oppervlaktedruk van de maan is ongeveer 1,5 keer de aarde op zeeniveau. Maar in tegenstelling tot de aarde, de overige 2 procent van de atmosfeer bestaat voornamelijk uit methaan, het hoofdbestanddeel van aardgas. Als het regent op Titan, het regent koolwaterstoffen.

Hoog in de relatief warme maan, bovenste atmosfeer, methaan reageert met energie van de zon en van het magnetisch veld van Saturnus om sporengassen zoals cyanide te produceren, ethyleen, ethaan en grotere organische moleculen. Sommige van deze gassen zijn bouwstenen van de karakteristieke waas van Titan.

Cassini observeerde een verrijking van deze sporengassen boven de winterpolen en uit nieuw onderzoek blijkt dat deze verrijking het meest uitgesproken is in de vroege winter, wanneer de paal ook kouder is.

Op Titaan, zoals op aarde, het verschil in temperatuur tussen de evenaar en de donkere winterpool drijft uiteindelijk de vorming van de polaire vortex aan. Op beide werelden, koude lucht zinkt, de bovenste atmosfeer naar de paal in de winter naar beneden slepen. Terwijl de sporengassen zich naar beneden mengen in de koudere middenlagen van de atmosfeer van Titan, ze condenseren tot vloeibare of vaste wolken. Gecondenseerde sporengassen werken als een gootsteen, het versnellen van de beweging van meer sporengassen naar beneden vanaf de bovenkant van de atmosfeer waar ze worden gecreëerd.

Sporengassen maken de koude lagen van de stratosfeer van Titan nog kouder door infrarood licht uit te zenden. Infrarood licht valt net buiten het zichtbare lichtspectrum en is voor de mens waarneembaar als warmte. Wanneer sporengassen gloeien, ze verliezen energie, wat tot gevolg heeft dat de atmosfeer wordt gekoeld door energie de ruimte in te stralen. De nieuwe studie stelt voor dat de nu nog koudere lucht sneller zakt, in een koude feedbackcyclus.

"Dat gebeurt allemaal aan het begin van de winter, dus het begin van de winter is echt, heel koud, " zei Teanby. Uiteindelijk, de drukverhoging veroorzaakt door al die dalende lucht creëert zijn eigen warmte, die de feedbackcyclus tegengaat. De auteurs suggereren dat dit twee verschillende fasen in de winter van Titan creëert.

"Als je dieper de winter ingaat en de bloedsomloop meer ontwikkeld is, je krijgt een tegengesteld effect, waar je de stratosfeer begint op te warmen door deze samendrukking van de lucht terwijl deze zakt. Er zijn dus deze twee fasen in de winter die nogal vreemd zijn. We zijn er niet helemaal zeker van dat dat is wat er gebeurt, maar dat is onze theorie op dit moment, ' zei Teanby.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan AGU Blogs (http://blogs.agu.org), een gemeenschap van blogs over aarde en ruimtewetenschap, georganiseerd door de American Geophysical Union. Lees hier het originele verhaal.