Атмосферные загадки Титана

Также благодаря этим исследованиям стало понятно, что граница средней атмосферы Титана простирается как минимум до 600 км над поверхностью, что примерно на 150-100 км больше, чем предполагалось ранее.

Титан - единственный из спутников в Солнечной системе, который обладает плотной атмосферой, схожей с земной. Её основной компонент - азот, также присутствуют метан и водород, и некоторые другие газы в следовых количествах.

Несмотря на то, что Титан находится в 9 раз дальше от Солнца и получает примерно в 100 раз меньше солнечной энергии, чем Земля, на нём также происходит смена времён года, обусловленная изменением положения оси вращения относительно Солнца.

В 2009 году на Титане наступило равноденствие, после чего в северном полушарии спутника стало приближаться лето, а в южном, соответственно, зима. Эти изменения неожиданно резко сказались на атмосфере Титана, которую наблюдал зонд "Кассини" (НАСА/ЕКА/Итальянское космическое агентство).

На высоте примерно 400-500 км в атмосфере Титана наблюдается слой дымки, который, как предполагалось, указывает на границу циркуляции в средней атмосфере, представляющей собой одну цельную ячейку. Этот слой дымки отделен от основного (на высоте примерно 80-100 км), и считалось, что верхний слой соответствует той области, где дымка формируется. Однако в течение двухлетних наблюдений, которые последовали за равноденствием, оказалось, что это предположение не соответствует действительности.

После смены времен года атмосфера в северном полушарии, с наступлением лета, начинает нагреваться, а в южном - охлаждаться. Таким образом, в северном ("летнем") полушарии нагретые массы начинаются подниматься и опускаются в южном ("зимнем"). Это ведёт к интересному эффекту - повышению температуры на высоте примерно 400-500 км над южным полюсом и образованию южного вихря (ранее такой же вихрь наблюдался над северным полюсом).

Происходит это, как объяснил доктор Ник Тинби (Nick Teanby, университет Бристоля), первый автор опубликованной в Nature статьи, потому что пришедшие из северного полушария атмосферные массы начинают опускаться и сжимаются, из-за чего разогреваются.

С помощью приборов "Кассини" исследователи наблюдали содержание различных газов в атмосфере в течение двух лет после равноденствия (наблюдались те газы, которые содержатся в атмосфере в следовых количествах - то есть их доля составляет менее процента). Полученные данные показывают, что концентрация этих газов над Южным полюсом за время наблюдений выросла почти в сто раз (на той же высоте 400-500 км), а скорость их опускания составляет 1-2 мм в секунду.

По заключению доктора Тинби и его коллег из научных организаций Европы и США, для объяснения этого феномена необходимо, чтобы циркуляция атмосферных масс проходила выше, чем ранее предполагаемая граница в 500 км, возможно, до высоты в 600 км. Объяснить же наличие отдельного слоя дымки можно, например, так: на самом деле, сложные молекулы, которые составляют её, образуются в атмосфере выше, однако на высоте 400-500 километров происходит некий скачкообразный переход - возможно, отдельные мелкие частицы «слипаются» или соединяются другим способом, превращаясь, таким образом, в дымку.

Эта работа также означает, что для понимания климата Титана необходимо учитывать процессы, происходящие и выше этой границы, и дальнейшие данные "Кассини" остаются очень важными. Сейчас зонд работает в рамках второй продленной миссии, получившей название "Солнцестояние" (Solstice), которая началась в сентябре 2010 года и продолжится до сентября 2017 года. Сатурнианское равноденствие должно наступить в мае 2017 года. К тому времени аппарат пробудет в космосе уже почти двадцать лет.