Холодные полюса Титана объяснили отличием его атмосферы от земной

Титан – самая крупная луна не только Сатурна, но и всей Солнечной системе; он больше самой маленькой из планет – Меркурия. К тому же Титан – это единственный в Солнечной системе спутник, имеющий атмосферу. На этой неделе британские планетологи из Бристольского Университета заметили, что атмосфера Титана ведет себя не так, как атмосферы других крупных каменистых тел.

Как правило, верхние слои атмосферы над полюсом того полушария, которое получает меньше солнечного света, бывают относительно теплыми из-за повышенного давления. Однако атмосферные вихри над северным полюсом Титана оказались неожиданно холодными.

Прежде, чем войти в плотные слои атмосферы Сатурна, аппарат “Кассини” в течение нескольких лет измерял состав и температуру атмосферы Титана с помощью инфракрасного спектрометра CIRS. Результаты измерений, присланные Кассини за Землю, свидетельствовали о том, что в 2009 году над северным полюсом спутника начала формироваться зона аномального охлаждения, температуры в границах которой к концу 2015 года упали до -153,15 градусов Цельсия. Только в 2016-2017 году атмосфера над полюсом снова начала нагреваться.

На земле, Венере и Марсе основной механизм охлаждения атмосферы – инфракрасное излучение молекул углекислого газа. Углекислый газ хорошо смешивается с другими газами в атмосфере, поэтому его концентрация стабильна и не зависит от циркуляции атмосферы.

Но на Титане за охлаждение отвечают, кроме углекислого газа, продукты фотокатализируемых химических реакций – низкомолекулярные углеводороды, такие как этан и ацетилен, а также азотсодержащие углеводороды, такие как синильная кислота и цианоацетилен. Эти газы образуются только в верхних слоях атмосферы, поэтому их концентрация с приближением к поверхности спутника убывает по градиенту. Даже слабые вертикальные атмосферные циркуляции способны резко менять состав верхних слоев атмосферы, а вместе с ним – ее способность к охлаждению и, соответственно, температуру.

Бристольские планетологи изучили данные о концентрации газов и температуре атмосферы, полученные Кассини, и рассчитали модель охлаждения и нагревания газов. Расчетные данные совпали с измерениями зонда. Эти данные также объясняют формирование над поверхностью Титана облаков синильной кислоты, снятые “Кассини” над северным полюсом спутника в 2014 году.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.