Новая климатическая модель Титана поможет «Стрекозе» летать в местной атмосфере
Всего через 10 лет крупный земной аппарат будет летать в плотной азотной атмосфере сатурнианской луны. Но чтобы это не закончилось для него плачевно, надо представлять, какой силы там дуют ветры и когда идут метановые дожди. Новая модель планетологов впервые позволила во многом решить этот непростой вопрос.
Плотная атмосфера крупнейшего спутника Сатурна состоит в основном из азота. Температура у поверхности этой луны — примерно минус 180 градусов Цельсия. При таком холоде вода существует в виде твердого льда, а вот метан может испаряться, образовывать облака и выпадать дождем. Поскольку на поверхности Титана есть реки, озера и моря из жидких углеводородов, его климат отчасти напоминает земной.
Ветры на разных высотах атмосферы дуют с огромной разницей скоростей, причем в том же направлении, что и ее вращение. При этом у поверхности Титана атмосфера почти неподвижна. Почему возникает такая разница? И как на движение атмосферы влияют рельеф, смена сезонов и метановые дожди?
Чтобы ответить на эти вопросы, планетологи разработали климатическую модель TitanMPAS. В отличие от ряда предыдущих моделей, она одновременно учитывает циркуляцию атмосферы в нижних и верхних слоях атмосферы, особенности поверхности, распределение метановых озер и образование осадков.
Исследователи также учли, что гравитация ослабевает с высотой. Это особенно важно для сравнительно небольшого Титана с его протяженной атмосферой (более плотной и высотной, чем у Земли): в верхней стратосфере сила тяжести более чем на четверть слабее, чем у поверхности, где она всемеро меньше земной.
Модель проверили с помощью компьютерного моделирования, охватив более 100 титанианских лет. Один год там длится около 29,5 земного года. За это время удалось воспроизвести мощные ветры в стратосфере. Их скорость превышала 612 километров в час, причем вблизи поверхности атмосфера двигалась сильно медленнее.
Затем результаты сравнили с данными аппарата «Кассини» и зонда «Гюйгенс». Последний выполнил посадку на спутник в 2005 году. Выяснилось, что модель довольно точно воспроизводит температуру, скорость ветра и содержание метана в нижних слоях атмосферы.
Сезонные метановые дожди, по расчетам, чаще выпадают в том полушарии, где наступает лето. Вблизи равноденствий они могут идти даже в районе экватора. А вот некоторые облака, которые ранее наблюдали астрономы, модель пока объяснить не смогла.
Более того, даже при слабом освещении температура, атмосферное давление, скорость ветра и содержание метана у поверхности спутника менялись в течение суток. Например, в районе кратера Селк ветер большую часть времени не превышал метра в секунду.
Правда, объяснить все особенности атмосферы Титана новая модель пока не смогла. В частности, она не воспроизводит резкое снижение скорости ветра на высоте около 75 километров, зафиксированное зондом «Гюйгенс».
В дальнейшем авторы научной работы, опубликованной на сервере препринтов arXiv.org, изучат местные погодные условия в районе кратера Селк. Именно его окрестности предстоит исследовать миссии NASA «Стрекоза» (Dragonfly), которая займется изучением поверхности и атмосферы луны Сатурна.
Поскольку это летательный аппарат, причем располагающий скудной энергетической базой (РИТЭГ), для него важно хорошо представлять себе температуры и типичные ветры, которые могут встречаться в его зоне работы. До разработки хороших моделей климата Титана полеты в его атмосфере для земных аппаратов могут быть проблематичны.
Telegram 
Дзен 
VK 
