Это высокое облако, полученное космическим аппаратом НАСА «Кассини», было частью зимней шапки конденсации над северным полюсом Титана. Теперь, спустя восемь лет после обнаружения этого таинственного кусочка атмосферного пуха, исследователи определили, что он содержит метановый лед, который создает гораздо более плотное облако, чем этановый лед, ранее обнаруженный там.
«Идея о том, что метановые облака могут образовываться так высоко на Титане, совершенно нова», — сказала Кэрри Андерсон, научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, и ведущий автор исследования. «Раньше никто не считал это возможным».Уже было известно, что метановые облака существуют в тропосфере Титана, самом нижнем слое атмосферы. Подобно дождевым и снежным облакам на Земле, эти облака образуются в результате цикла испарения и конденсации, при этом пар поднимается с поверхности, сталкивается с более холодными и более низкими температурами и падает обратно в виде осадков.
Однако на Титане действующий пар — это метан, а не вода.Вновь идентифицированное облако вместо этого образовалось в стратосфере, слое над тропосферой. У Земли есть свои полярные стратосферные облака, которые обычно образуются над Северным и Южным полюсами на высоте от 49000 до 82000 футов (от 15 до 25 километров), что значительно превышает крейсерскую высоту для самолетов. Эти редкие облака не образуются, пока температура не упадет до минус 108 градусов по Фаренгейту (минус 78 градусов по Цельсию).
На Титане уже были идентифицированы другие стратосферные облака, в том числе очень тонкое диффузное облако этана, химического вещества, образовавшегося после распада метана. Здесь также были обнаружены тонкие облака из цианоацетилена и цианистого водорода, которые образуются в результате реакции побочных продуктов метана с молекулами азота.Но считалось, что метановые облака в стратосфере Титана маловероятны.
Поскольку тропосфера улавливает большую часть влаги, стратосферные облака требуют сильного холода. Даже температура стратосферы минус 333 градуса по Фаренгейту (минус 203 градуса по Цельсию), наблюдаемая Кассини к югу от экватора, была недостаточно холодной, чтобы позволить скудному метану в этой области атмосферы конденсироваться в лед.Андерсон и ее соавтор из Годдарда Роберт Самуэльсон отметили, что температуры в нижней стратосфере Титана не одинаковы на всех широтах.
Данные композитного инфракрасного спектрометра Кассини и радионаучного прибора космического корабля показали, что температура на большой высоте около северного полюса была намного ниже, чем к югу от экватора.Оказывается, этой разницы температур — целых 11 градусов по Фаренгейту (минус 12 градусов по Цельсию) — более чем достаточно для образования метанового льда.
Другие факторы подтверждают идентификацию метана. Первоначальные наблюдения облачной системы соответствовали мелким частицам, состоящим из этанового льда.
Более поздние наблюдения показали, что некоторые области были более глыбовыми и плотными, что позволяет предположить, что могло присутствовать более одного льда. Команда подтвердила, что более крупные частицы имеют правильный размер для метанового льда и что ожидаемое количество метана — полтора процента, которого достаточно для образования частиц льда — присутствует в нижней полярной стратосфере.Механизм образования этих высотных облаков отличается от того, что происходит в тропосфере.
Титан имеет глобальную схему циркуляции, при которой теплый воздух в летнем полушарии поднимается с поверхности и входит в стратосферу, медленно продвигаясь к зимнему полюсу. Там воздушная масса снова опускается вниз, охлаждаясь по мере опускания, что позволяет формировать стратосферные метановые облака.
«Кассини неуклонно собирает доказательства этой глобальной схемы циркуляции, и идентификация этого нового облака метана является еще одним убедительным показателем того, что процесс работает так, как мы думаем», — сказал Майкл Фласар, ученый Годдарда и главный исследователь композитного инфракрасного излучения Кассини. Спектрометр (CIRS).Подобно стратосферным облакам Земли, это метановое облако находилось около зимнего полюса, выше 65 градусов северной широты.
Андерсон и Самуэльсон подсчитали, что этот тип облачной системы, которую они называют метановыми облаками, вызванными проседанием, или сокращенно SIMC, может развиваться на высоте от 98000 до 164000 футов (от 30 до 50 километров) над поверхностью Титана.«Титан продолжает удивлять природными процессами, подобными земным, но с участием материалов, отличных от знакомой нам воды», — сказал Скотт Эджингтон, заместитель научного сотрудника проекта «Кассини» в Лаборатории реактивного движения (JPL) НАСА в Пасадене, Калифорния. «По мере того, как мы приближаемся к зимнему солнцестоянию на Титане, мы продолжим исследовать, как эти процессы образования облаков могут меняться в зависимости от сезона».
Результаты этого исследования доступны в Интернете в журнале Icarus.Миссия Кассини-Гюйгенс — это совместный проект НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства.
JPL, подразделение Калифорнийского технологического института в Пасадене, руководит миссией Управления научных миссий НАСА в Вашингтоне. Команда CIRS базируется в Годдарде.
Команда радионаучных базируется в Лаборатории реактивного движения.