✖


Jump to content

Климат Титана

График, показывающий температуру, давление и другие аспекты климата Титана. Атмосферная дымка снижает температуру в нижних слоях атмосферы, а метан повышает температуру на поверхности. Криовулканы выбрасывают метан , который затем выпадает на поверхность, образуя озера. в атмосферу

Климат Титана . , крупнейшего спутника Сатурна , во многом похож на климат Земли , несмотря на гораздо более низкую температуру поверхности Его плотная атмосфера , метановые дожди и возможный криовулканизм создают аналог, хотя и с другими материалами, климатическим изменениям, претерпевшим Землю в течение гораздо более короткого земного года.

Температура

[ редактировать ]
Энергетические потоки на Титане приводят как к парниковому эффекту , так и к антипарниковому эффекту .

Титан получает лишь около 1% количества солнечного света, получаемого Землей. [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 атмосфера почти свободна от водяного пара. Однако метан в атмосфере вызывает существенный парниковый эффект , из-за которого на поверхности Титана сохраняется гораздо более высокая температура, чем та, которая в противном случае была бы тепловым равновесием. [3] [4] [5]

Дымка в атмосфере Титана способствует антипарниковому эффекту , отражая солнечный свет обратно в космос, что делает его поверхность значительно холоднее, чем верхние слои атмосферы. [3] Это частично компенсирует парниковое потепление и сохраняет поверхность несколько более прохладной, чем можно было бы ожидать, исходя только из парникового эффекта. [6] По мнению Маккея и др., «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) на 12 К выше, чем температура поверхности. эффективная температура 82 К. [ т. е . равновесие, которое было бы достигнуто в отсутствие какой-либо атмосферы]» [3]

Времена года

[ редактировать ]

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 суток — именно столько времени требуется Титану для обращения вокруг Сатурна. Титан приливно заблокирован , поэтому одна и та же часть Титана всегда обращена к Сатурну, и отдельного «месячного» цикла не существует.

Сезонные изменения обусловлены годом Сатурна: Сатурну требуется около 29,5 земных лет, чтобы совершить оборот вокруг Солнца, подвергая северное и южное полушария Титана разному количеству солнечного света в разные части сатурнианского года. Сезонные изменения погоды включают в себя более крупные углеводородные озера в северном полушарии зимой, уменьшение дымки в дни равноденствий из-за изменения атмосферной циркуляции и связанные с этим ледяные облака в южных полярных регионах. [7] [8] Последнее равноденствие произошло 11 августа 2009 г.; это было весеннее равноденствие в северном полушарии, а это означает, что южное полушарие получает меньше солнечного света и переходит в зиму. [9]

Приземные ветры обычно слабые (<1 метра в секунду). Недавнее компьютерное моделирование показывает, что огромные дюны из похожего на сажу материала, падающего дождем из атмосферы в экваториальных регионах, могут быть сформированы редкими штормовыми ветрами, которые случаются только каждые пятнадцать лет, когда Титан находится в равноденствии . [10] Штормы создают сильные нисходящие потоки, движущиеся на восток со скоростью до 10 метров в секунду, когда они достигают поверхности. В конце 2010 года, что эквивалентно ранней весне в северном полушарии Титана, в экваториальных пустынных регионах Титана наблюдалась серия метановых бурь. [11]

Из-за эксцентриситета орбиты Сатурна Титан находится примерно на 12% ближе к Солнцу летом в южном полушарии, что делает южное лето короче, но более жарким, чем северное. Эта асимметрия может способствовать топологическим различиям между полушариями — в северном полушарии гораздо больше углеводородных озер. [12] Озера Титана в основном спокойные, с небольшим количеством волн и ряби; однако Кассини обнаружил свидетельства увеличения турбулентности летом в северном полушарии, что позволяет предположить, что приземные ветры могут усиливаться в определенное время Титанического года. [13] Волны и рябь также были замечены Кассини . [14]

Метановый дождь и озера

[ редактировать ]

Результаты «Гюйгенс» зонда показывают, что атмосфера Титана периодически выбрасывает на поверхность Луны жидкий метан и другие органические соединения. [15] В октябре 2007 года наблюдатели отметили увеличение видимой непрозрачности облаков над экваториальным регионом Ксанаду , что наводит на мысль о «метановом дожде», хотя это не было прямым свидетельством дождя. [16] Однако последующие изображения озер в южном полушарии Титана, сделанные в течение года, показывают, что они увеличены и заполнены сезонными углеводородными дождями. [5] [17] Не исключено, что участки поверхности Титана могут быть покрыты слоем толинов , но это не подтверждено. [18] Наличие дождя указывает на то, что Титан может быть единственным телом Солнечной системы, кроме Земли, на котором может образовываться радуга . Однако, учитывая крайнюю непрозрачность атмосферы для видимого света, подавляющее большинство радуг будет видно только в инфракрасном диапазоне. [19]

Количество метановых озер, видимых вблизи южного полюса Титана, явно меньше, чем количество, наблюдаемое вблизи северного полюса. Поскольку сейчас на южном полюсе лето, а на северном — зима, появилась гипотеза, что метан выпадает на полюса зимой и испаряется летом. [20] Согласно статье Тэцуи Токано из Кёльнского университета, над большими северными морями, как ожидается, сформируются циклоны, вызываемые этим испарением и вызывающие дождь, а также ураганные ветры со скоростью до 20 м/с (45 миль в час). Mare, Ligeia Mare, Punga Mare) только северным летом, продолжающимся до десяти дней. [21] Расчеты показывают, что по мере того, как в северном полушарии, где расположено большинство озер, наступает долгое Титанское лето, скорость ветра может увеличиться до 3 км/ч, уровня, достаточного для образования волн. [22] С 2014 года несколько раз наблюдались волны с помощью Cassini RADAR и спектрометра визуального и инфракрасного картирования, которые, вероятно, были вызваны летними ветрами. [23] [24] или приливные течения. [25] [26]

Тираж

[ редактировать ]
Вращающийся вихрь над южным полюсом Титана

Моделирование глобальных режимов ветра, основанное на данных о скорости ветра, полученных «Гюйгенсом» во время его спуска, показало, что атмосфера Титана циркулирует в одной огромной ячейке Хэдли . Теплый газ поднимается в южном полушарии Титана (где во время спуска Гюйгенса было лето и ) опускается в северном полушарии, что приводит к высотному потоку газа с юга на север и низковысотному потоку газа с севера на юг. Такая большая ячейка Хэдли возможна только в медленно вращающемся мире, таком как Титан. [27] Ячейка межполюсной циркуляции ветра, по-видимому, сосредоточена в стратосфере; моделирование предполагает, что оно должно 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 зоны внутритропической 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 дождевые облака метана. Это означает, что на Титане, несмотря на его холодные температуры, можно сказать, что климат тропический. [29]

В июне 2012 года «Кассини» сфотографировал вращающийся полярный вихрь на южном полюсе Титана, который, по мнению группы изображений, связан с «полярным капюшоном» — областью плотной высотной дымки, наблюдаемой над северным полюсом с момента прибытия зонда в 2004 году. полушария теперь меняют времена года после равноденствия 2009 года: на южном полюсе наступает зима, а на севере лето. Предполагается, что этот вихрь может означать формирование нового южного полярного капюшона. [30] [31]

Облака

[ редактировать ]
Титан – Северный полюс – облачная система, изображенная в искусственных цветах.
Титан - Южный полюс - детали вихря

Облака Титана, вероятно, состоящие из метана , этана или других простых органических веществ, разбросаны и изменчивы, что подчеркивает общую дымку. [32]

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

Облака также были обнаружены над южной полярной областью. Обычно покрывая 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 Титанийского лета вызывает подъем атмосферы, что приводит к конвекции . Это объяснение осложняется тем, что образование облаков наблюдалось 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, управляющая движением Луны, наклонила северное полушарие к Солнцу. [27] Ожидается, что когда времена года поменяются, 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 варьируется в зависимости от расстояния от поверхности в разных частях спутника. В полярных регионах (выше 60 градусов широты ) в тропосфере и над ней появляются широко распространенные и постоянные этановые облака; в более низких широтах в основном метановые облака встречаются на высоте от 15 до 18 км и носят более спорадический и локализованный характер. В летнем полушарии частые, толстые, но спорадические метановые облака собираются в группы около 40°. [28]

Наземные наблюдения также показывают сезонные изменения облачного покрова. В течение 30-летнего обращения Сатурна облачные системы Титана проявляются в течение 25 лет, а затем исчезают на четыре-пять лет, прежде чем появиться снова. [33]

высотные белые перистые облака, вероятно, состоящие из метана. Кассини также обнаружил в верхних слоях атмосферы Титана [37]

Хотя на Титане пока не наблюдалось никаких свидетельств молниеносной активности, компьютерные модели предполагают, что облака в нижней тропосфере Луны могут накапливать достаточно заряда, чтобы генерировать молнии на высоте примерно 20 км. [38] Наличие молний в атмосфере Титана способствовало бы производству органических материалов. Кассини не обнаружил молний в атмосфере Титана. [39] хотя молния все еще могла присутствовать, если бы она была слишком слабой, чтобы ее можно было обнаружить. [40] Недавнее компьютерное моделирование показало, что при определенных обстоятельствах стримерные разряды — ранние стадии грозовых разрядов. на Титане могут образовываться [41]

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ «Титан: Мир, очень похожий на Землю» . Space.com . 6 августа 2009 года . Проверено 2 апреля 2012 г.
  2. ^ DE Дженнингс и др. (2016). Astrophysical Journal Letters, 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. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Маккей, CP; Поллак, Дж.Б.; Куртин, Р. (6 сентября 1991 г.). «Титан: парниковый и антипарниковый эффект на Титане». Наука . 253 (5024): 1118–1121. Бибкод : 1991Sci...253.1118M . дои : 10.1126/science.11538492 . ПМИД   11538492 . S2CID   10384331 .
  4. ^ Маккей, Крис (3 ноября 2005 г.). «Титан: Теплица и Антитеплица» . Астробиология . Архивировано из оригинала 13 февраля 2006 года . Проверено 3 октября 2008 г.
  5. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «На Титане больше нефти, чем на Земле» . Space.com . 13 февраля 2008 года . Проверено 13 февраля 2008 г.
  6. ^ "PIA06236: Титан: Комплекс 'Антипарниковый' " . Планетарный фотожурнал . Лаборатория реактивного движения . 2 мая 2005 года . Проверено 30 января 2019 г.
  7. ^ «Спутник Сатурна Титан демонстрирует удивительные сезонные изменения» . ScienceDaily . 28 сентября 2012 года . Проверено 30 января 2019 г.
  8. ^ Морроу, Эшли (10 ноября 2015 г.). «Чудовищное ледяное облако в южной полярной области Титана» . НАСА . Проверено 30 января 2019 г.
  9. ^ «На Титане небо падает!» . Исследование Солнечной системы: наука НАСА . 4 мая 2011 года . Проверено 30 января 2019 г.
  10. ^ «Сильные метановые бури на Титане могут объяснить направление дюн» . КосмическаяСсылка . 15 апреля 2015 года. Архивировано из оригинала 26 июля 2020 года . Проверено 19 апреля 2015 г.
  11. ^ «Кассини видит, как сезонные дожди трансформируют поверхность Титана» . НАСА . 17 марта 2011 года. Архивировано из оригинала 17 мая 2017 года . Проверено 20 января 2018 г.
  12. ^ Ааронсон, Одед (ноябрь 2009 г.). «Озера Титана» . Калифорнийский технологический институт . Архивировано из оригинала 15 апреля 2018 года . Проверено 30 января 2019 г.
  13. ^ Бойл, Ребекка (5 марта 2016 г.). «Летом на Титане озера могут дрожать от волн» . Новый учёный . № 3063 . Проверено 30 января 2019 г.
  14. ^ Клотц, Ирен (23 марта 2014 г.). «Кассини» наблюдает за волнами, колеблющимися от ветра на Титане . Space.com . Проверено 30 января 2019 г.
  15. ^ Лакдавалла, Эмили (21 января 2003 г.). «Титан: Аризона в холодильнике?» . Планетарное общество . Архивировано из оригинала 12 февраля 2010 года . Проверено 28 марта 2005 г.
  16. ^ Адамкович, Мате; Вонг, Майкл Х.; Лейвер, Конор; де Патер, Имке (9 ноября 2007 г.). «Широкий утренний дождь на Титане» . Наука . 318 (5852): 962–965. Бибкод : 2007Sci...318..962A . дои : 10.1126/science.1146244 . ПМИД   17932256 . S2CID   35093635 .
  17. ^ Мейсон, Джо; Бакли, Майкл (29 января 2009 г.). «Кассини обнаружил, что углеводородные дожди могут наполнить озера» . Центральная операционная лаборатория Cassini Imaging . Институт космических наук . Архивировано из оригинала 25 июля 2011 года . Проверено 29 января 2009 г.
  18. ^ Сомоджи, Арпад; Смит, Массачусетс (сентябрь 2006 г.). «Масс-спектральное исследование толинов лабораторного производства и продуктов их реакции: значение для химии поверхности толинов на Титане». Бюллетень Американского астрономического общества . 38 : 533. Бибкод : 2006ДПС....38.2730С .
  19. ^ «Радуга на Титане» . Наука НАСА . 25 февраля 2005. Архивировано из оригинала 21 октября 2011 года . Проверено 8 октября 2011 г.
  20. ^ «Файл НАСА Кассини: радиолокационные изображения южного полюса Титана» . КосмическаяСсылка . 9 января 2008 г. Архивировано из оригинала 28 октября 2022 г. Проверено 11 января 2008 г.
  21. ^ Хехт, Джефф (27 февраля 2013 г.). «Ледяной Титан порождает тропические циклоны» . Новый учёный . Проверено 9 марта 2013 г.
  22. ^ «Прогноз для Титана: впереди может быть дикая погода» . Лаборатория реактивного движения . 22 мая 2013 года . Проверено 19 июля 2013 г.
  23. ^ Барнс, Джейсон В.; Сотин, Кристоф; Содерблом, Джейсон М.; Браун, Роберт Х.; Хейс, Александр Г.; Донелан, Марк; Родригес, Себастьен; Муэлик, Стефан Ле; Бейнс, Кевин Х.; МакКорд, Томас Б. (21 августа 2014 г.). «Кассини/VIMS наблюдает шероховатые поверхности Титана Пунга-Маре в зеркальном отражении» . Планетарная наука . 3 (1): 3. Бибкод : 2014PlSci...3....3B . дои : 10.1186/s13535-014-0003-4 . ISSN   2191-2521 . ПМЦ   4959132 . ПМИД   27512619 .
  24. ^ Хофгартнер, Джейсон Д.; Хейс, Александр Г.; Лунин, Джонатан И.; Зебкер, Ховард; Лоренц, Ральф Д.; Маласка, Майкл Дж.; Мастроджузеппе, Марко; Нотарникола, Клаудия; Содерблом, Джейсон М. (01 июня 2016 г.). «Волшебные острова Титана: переходные процессы в углеводородном море» . Икар . 271 : 338–349. Бибкод : 2016Icar..271..338H . дои : 10.1016/j.icarus.2016.02.022 . ISSN   0019-1035 .
  25. ^ Хеслар, Майкл Ф.; Барнс, Джейсон В.; Содерблом, Джейсон М.; Сеньовер, Бенуа; Дхингра, Раджани Д.; Сотин, Кристоф (14 августа 2020 г.). «Приливные течения, обнаруженные в проливе Кракен-Мэре по данным наблюдений солнечного блеска Кассини VIMS» . Планетарный научный журнал . 1 (2): 35. arXiv : 2007.00804 . Бибкод : 2020PSJ.....1...35H . дои : 10.3847/PSJ/aba191 . ISSN   2632-3338 .
  26. ^ Сотин, К.; Барнс, Дж.В.; Лоуренс, Кей Джей; Содерблом, Дж. М.; Ауди, Э.; Браун, Р.Х.; Ле Муэлик, С.; Бейнс, К.Х.; Буратти, Б.Дж.; Кларк, Р.Н.; Николсон, PD (1 декабря 2015 г.). «Приливные течения между морями Титана, обнаруженные солнечными бликами» . Тезисы осеннего собрания АГУ . 12 : P12B–04. Бибкод : 2015АГУФМ.П12Б..04С .
  27. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Как ветер дует на Титане» . Лаборатория реактивного движения . 1 июня 2007 года. Архивировано из оригинала 27 апреля 2009 года . Проверено 2 июня 2007 г.
  28. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Ранну, Р.; Монмессен, Ф.; Урдэн, Ф.; Лебоннуа, С. (13 января 2006 г.). «Широтое распределение облаков на Титане». Наука . 311 (5758): 201–205. Бибкод : 2006Sci...311..201R . дои : 10.1126/science.1118424 . ПМИД   16410519 . S2CID   1190978 .
  29. ^ «Тропический Титан» . Астробиология . 7 октября 2007 года. Архивировано из оригинала 11 октября 2007 года . Проверено 16 октября 2007 г.
  30. ^ «Южный полярный вихрь в движении» . Центральная операционная лаборатория Cassini Imaging . Институт космических наук. 10 июля 2012 года . Проверено 11 июля 2012 г.
  31. ^ «Огромный вихрь замечен на спутнике Сатурна» . Новости Би-би-си . 11 июля 2012 года . Проверено 11 июля 2012 г.
  32. ^ Арнетт, Билл (2005). «Титан (Сатурн VI)» . Университет Аризоны . Архивировано из оригинала 21 ноября 2005 года . Проверено 10 апреля 2005 г.
  33. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Кассини сфотографировал гигантское облако, поглощающее Северный полюс Титана» . НАСА . 1 февраля 2007 года. Архивировано из оригинала 9 октября 2011 года . Проверено 14 апреля 2007 г.
  34. ^ Шаллер, Эмили Л.; Браун, Майкл Э.; Роу, Генри Г.; Буше, Антонин Х. (13 февраля 2006 г.). «Большой всплеск облаков на южном полюсе Титана» (PDF) . Икар . 182 (1): 224–229. Бибкод : 2006Icar..182..224S . дои : 10.1016/j.icarus.2005.12.021 . Проверено 23 августа 2007 г.
  35. ^ Сига, Дэвид (14 сентября 2006 г.). «На Титане обнаружено огромное облако этана» . Новый учёный . Том. 313. с. 1620 . Проверено 7 августа 2007 г.
  36. ^ Дайчес, Престон (12 августа 2014 г.). «Кассини отслеживает облака, развивающиеся над морем Титана» . НАСА . Проверено 13 августа 2014 г.
  37. ^ Аткинсон, Нэнси (4 февраля 2011 г.). «На Титане обнаружены перистые облака, похожие на Землю» . Вселенная сегодня . Проверено 11 февраля 2011 г.
  38. ^ Чоу, Дениз (11 мая 2010 г.). «Гром Титана может указывать на инопланетную молнию» . Space.com . Проверено 11 февраля 2011 г.
  39. ^ Фишер, Г; Гернетт, округ Колумбия; Курт, WS; Фарелл, В.М.; Кайзер, ML; Зарка, П. (2007). «Необнаружение радиоизлучения молний Титана с помощью Кассини / RPWS после 35 близких пролетов Титана» . Геофиз. Рез. Летт . 34 (22): L22104. Бибкод : 2007GeoRL..3422104F . дои : 10.1029/2007GL031668 .
  40. ^ Фишер, Г; Гернетт, Д.А. (2011). «Поиски радиоизлучения молний Титана» . Геофиз. Рез. Летт . 38 (8): L08206. Бибкод : 2011GeoRL..38.8206F . дои : 10.1029/2011GL047316 . S2CID   135052598 .
  41. ^ Кён, К; Дуйко, С; Чанрион, О; Нойберт, Т (2019). «Распространение стримеров в атмосфере Титана и других смесей N 2 :CH 4 N 2 :O 2 по сравнению со смесями » . Икар . 333 : 294–305. arXiv : 1802.09906 . Бибкод : 2019Icar..333..294K . дои : 10.1016/j.icarus.2019.05.036 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Climate_of_Titan&oldid=1235795828"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 70feb1ba173c66373b9a53d4c0c8880a__1721547900
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/70/0a/70feb1ba173c66373b9a53d4c0c8880a.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Climate of Titan - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)