Tijdens de flyby van Titan in 2006 heeft de Cassini Space Probe enkele van de meest gedetailleerde beelden van de grootste maan van Saturnus vastgelegd. Interessant genoeg vertonen deze wolkenformaties een sterke gelijkenis met die in de eigen polaire stratosfeer van de aarde.
In tegenstelling tot de aarde bestaan deze wolken echter volledig uit vloeibaar methaan en ethaan. Gezien de ongelooflijk lage temperaturen van Titan - minus 185 ° C (-300 ° F) - is het niet verrassend dat er zo'n dichte atmosfeer van vloeibare koolwaterstoffen bestaat, of dat de zeeën van methaan de planeet bedekken.
Wat echter verrassend is, is dat er ook methaankristallen in deze atmosfeer voorkomen. Acht jaar nadat de foto's van de noordpool van Titan zijn gemaakt, hebben astronomen geconcludeerd dat deze regio ook sporen van methaanijs bevat.
"Het idee dat methaanwolken zo hoog op Titan kunnen vormen is volledig nieuw", zegt Carrie Anderson, een Cassini-deelnemende wetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, en hoofdauteur van de studie. 'Niemand vond dat eerder mogelijk.'
Op Titan waren al andere stratosferische wolken geïdentificeerd, waaronder ethaanwolken - een chemische stof die ontstaat nadat methaan is afgebroken. Daar zijn ook delicate wolken cyanoacetyleen en waterstofcyanide gevonden, die ontstaan door reacties van methaanbijproducten met stikstofmoleculen.
Maar wolken van bevroren methaan werden onwaarschijnlijk geacht in de stratosfeer van Titan. Omdat de troposfeer het meeste vocht vasthoudt, hebben stratosferische wolken extreme kou nodig. Zelfs de stratosfeer-temperatuur van minus 203 ° C (-333 ° F), waargenomen door Cassini net ten zuiden van de evenaar, was niet koud genoeg om het schaarse methaan in dit deel van de atmosfeer in ijs te laten condenseren.
Wat Anderson en haar co-auteur van Goddard, Robert Samuelson, opmerkten, is dat de temperaturen in de lagere stratosfeer van Titan niet op alle breedtegraden hetzelfde zijn. Dit was gebaseerd op gegevens van Cassini's Composite Infrared Spectrometer en het radiowetenschappelijke instrument van het ruimtevaartuig, waaruit bleek dat de temperatuur op grote hoogte nabij de noordpool veel kouder was dan die net ten zuiden van de evenaar.
Het blijkt dat dit temperatuurverschil - maar liefst 6 ° C (11 ° F) - meer dan genoeg is om methaanijs op te leveren.
Andere waarnemingen van het Titan-wolkensysteem ondersteunen deze conclusie, zoals hoe bepaalde regio's dichter lijken dan andere, en de grotere gedetecteerde deeltjes hebben de juiste maat voor methaanijs. Ze bevestigden ook dat de verwachte hoeveelheid methaan - 1,5%, genoeg om ijsdeeltjes te vormen - aanwezig is in de lagere polaire stratosfeer.
Bovendien bevestigt de waarneming bepaalde modellen van hoe de atmosfeer van Titan zou werken.
Volgens dit model heeft Titan een wereldwijd circulatiepatroon waarin warme lucht in de zomerhelft omhoog komt van het oppervlak en de stratosfeer binnendringt, langzaam naar de winterpool. Daar zakt de luchtmassa terug naar beneden en koelt af terwijl deze afdaalt, waardoor de stratosferische methaanwolken zich kunnen vormen.
"Cassini verzamelt gestaag bewijs van dit wereldwijde circulatiepatroon, en de identificatie van deze nieuwe methaanwolk is een andere sterke indicator dat het proces werkt zoals wij denken dat het werkt", zegt Michael Flasar, Goddard-wetenschapper en hoofdonderzoeker voor Cassini's Composite Infrared Spectrometer (CIRS).
Net als de stratosferische wolken van de aarde bevond de methaanwolk van Titan zich nabij de winterpool, boven 65 graden noorderbreedte. Anderson en Samuelson schatten dat dit type wolkensysteem - dat ze door bodemdaling veroorzaakte methaanwolken (of kortweg SIMC's) noemen - zich tussen 30.000 en 50.000 meter (98.000 tot 164.000 voet) hoog boven het oppervlak van Titan zou kunnen ontwikkelen.
"Titan blijft verbazen met natuurlijke processen die vergelijkbaar zijn met die op aarde, maar met materialen die anders zijn dan ons bekende water", zegt Scott Edgington, plaatsvervangend projectwetenschapper bij Cassini bij NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Californië. "Als we de zuidelijke winterzonnewende op Titan naderen, zullen we verder onderzoeken hoe deze wolkenvormingsprocessen per seizoen kunnen variëren."
De resultaten van deze studie zijn online beschikbaar in het novembernummer van Icarus.
