Valse kleurenbeelden van Titan verkregen door Cassini-Huygens Visual Infrared Mapping Spectrometer. Afbeelding tegoed: klik om te vergroten
Met behulp van recente Cassini-, Huygens- en aardobservaties hebben wetenschappers een computermodel kunnen maken dat de vorming van verschillende soorten ethaan- en methaanwolken op Titan verklaart.
Er zijn recentelijk wolken waargenomen op Titan, de grootste maan van Saturnus, door de dikke nevel, met behulp van bijna-infraroodspectroscopie en afbeeldingen van de zuidpool en gematigde streken nabij de 40? Zuiden. Recente waarnemingen van op aarde gebaseerde telescopen en het NASA / ESA / ASI Cassini-ruimtevaartuig geven nu inzicht in de klimatologie van de wolken.
Een Europees team, geleid door Pascal Rannou van de Service d'Aeronomie, IPSL Université de Versailles-St-Quentin, Frankrijk, heeft een algemeen circulatiemodel ontwikkeld dat dynamiek, waas en wolkenfysica koppelt om het Titan-klimaat te bestuderen en ons in staat stelt te begrijpen hoe de belangrijkste waargenomen cloudfuncties worden geproduceerd.
Met dit klimaatmodel kunnen wetenschappers ook de wolkendistributie voor het volledige Titan-jaar (30 terrestrische jaren) voorspellen, en vooral in de komende jaren van Cassini-waarnemingen.
De Voyager-missies van begin jaren tachtig gaven de eerste aanwijzingen voor condensaatwolken op Titan. Vanwege de koude temperaturen in de atmosfeer van de maan (tropopauze), werd aangenomen dat de meeste organische chemicaliën die door fotochemie in de bovenste atmosfeer werden gevormd, tijdens het zinken in wolken zouden condenseren. Er werd aangenomen dat methaan ook op grote hoogte zou condenseren, omdat het van het oppervlak was getransporteerd.
Sindsdien zijn er verschillende eendimensionale modellen van de atmosfeer van Titan gemaakt, waaronder geavanceerde microfysica-modellen om de vorming van ethaan- en methaandruppels te voorspellen. Evenzo was de methaancyclus afzonderlijk bestudeerd in een circulatiemodel, maar zonder wolkenmicrofysica.
Deze studies toonden over het algemeen aan dat methaanwolken kunnen worden geactiveerd wanneer luchtpakketten afkoelen terwijl ze naar boven bewegen of van de evenaar naar de pool. Deze modellen hebben echter nauwelijks de fijne details van de methaan- en ethaanwolkcycli vastgelegd.
Wat het team van Rannou heeft gedaan, is een cloud-microfysisch model combineren in een algemeen circulatiemodel. Het team kan nu de vorming van verschillende soorten ethaan- en methaanwolken identificeren en verklaren, waaronder de zuidpool- en sporadische wolken in de gematigde streken, vooral bij 40? S in de zomer halfrond.
De wetenschappers ontdekten dat de voorspelde fysische eigenschappen van de wolken in hun model goed overeenkwamen met recente waarnemingen. Tot nu toe waargenomen methaanwolken verschijnen op locaties waar oplopende luchtbewegingen in hun model worden voorspeld.
De waargenomen zuidpoolwolk verschijnt aan de top van een bepaalde ‘Hadley-cel’, of een massa verticaal circulerende lucht, precies waar voorspeld op de zuidpool op een hoogte van ongeveer 20-30 kilometer.
De terugkerende grote zonale (longitudinale richting) wolken op 40? S en de lineaire en discrete wolken die op de lagere breedtegraden verschijnen, zijn ook gecorreleerd met het stijgende deel van een vergelijkbare circulatiecel in de troposfeer, terwijl kleinere wolken op lage breedtegraden, vergelijkbaar met de lineaire en discrete wolken die al door Cassini zijn waargenomen, eerder worden geproduceerd door mengprocessen.
“Wolken in ons circulatiemodel zijn noodzakelijkerwijs vereenvoudigd ten opzichte van de echte wolken, maar de belangrijkste voorspelde cloudkenmerken vinden in werkelijkheid een tegenhanger.
"Consequent produceert ons model wolken op plaatsen waar daadwerkelijk wolken worden waargenomen, maar voorspelt het ook wolken die niet of nog niet zijn waargenomen", zegt Pascal Rannou.
Het wolkenpatroon van Titan lijkt op dat van de belangrijkste wolkenpatronen op aarde en Mars. De raadselachtige wolken op 40? S worden geproduceerd door de opgaande tak van een Hadley-cel, precies zoals tropische wolken zich in de Intertropical Convergence Zone (ITCZ) bevinden, zoals op aarde en op Mars.
Polaire wolken - geproduceerd door ‘polaire cellen’ - zijn vergelijkbaar met die geproduceerd op midden breedtegraden op aarde. Aan de andere kant verschijnen wolken slechts in sommige lengtes. Dit is een specifiek kenmerk van Titan-wolken en kan te wijten zijn aan een Saturnus getijdeneffect. De dynamische oorsprong van clouddistributie op Titan is eenvoudig te testen.
De voorspelling van bewolking voor de komende jaren wordt vergeleken met waarnemingen van Cassini en telescopen op de grond. Specifieke evenementen zullen zeker de rol van de circulatie op de clouddistributie bewijzen.
Oorspronkelijke bron: ESA Portal
