Titan, la lune brumeuse de Saturne, a un vortex polaire hivernal de longue durée semblable à la Terre, suralimenté par la chimie particulière de la lune, selon une nouvelle recherche publiée dans la revue AGU Lettres de recherche géophysique .

Titan est la deuxième plus grande lune du système solaire et la seule lune avec une atmosphère épaisse comparable à celle de la Terre. La lune saturnienne est peut-être l'endroit le plus semblable à la Terre dans le système solaire, avec les saisons, les lacs de pluie et de surface, bien qu'il soit environ 10 fois plus éloigné du Soleil que la Terre et très froid.

La stratosphère de Titan, comme la Terre, se caractérise par des couches plus froides plus proches de la surface et des couches plus chaudes plus haut, et est le royaume du vortex polaire, un chapeau d'air froid qui se trouve au-dessus des pôles en hiver. C'est le même phénomène qui peut causer des températures glaciales en Amérique du Nord pendant l'hiver.

Sur Terre, le vortex polaire se dissipe généralement au printemps. La nouvelle étude a révélé que le vortex polaire de l'hémisphère nord de Titan persiste après le solstice d'été de la lune, dans ce qui serait fin juin sur Terre, durant les trois quarts d'une année Titan, soit environ 22 années terrestres.

La nouvelle étude a utilisé des mesures du vaisseau spatial Cassini de la NASA et des sciences atmosphériques développées sur Terre pour comprendre les changements saisonniers observés sur Titan.

La nouvelle étude a élargi les travaux antérieurs des chercheurs indiquant que la présence du vortex polaire sur Titan expliquait l'enrichissement des traces de gaz dans la stratosphère lunaire et l'enrichissement des traces de gaz expliquait le froid étonnamment intense observé dans le vortex de l'hémisphère sud au début de l'hiver.

La combinaison du refroidissement causé par les gaz traces et du réchauffement causé par la descente de l'air divise l'hiver de Titan en deux phases, selon la nouvelle étude.

"La Terre se refroidit en hiver à cause du manque de soleil sur les pôles, mais vous n'obtenez pas cet effet supplémentaire des gaz supplémentaires, alors que sur Titan, vous avez ces gaz étranges qui rendent le processus encore plus extrême qu'il ne le serait autrement, " a déclaré Nick Teanby, un planétologue à l'Université de Bristol au Royaume-Uni, et l'auteur principal de la nouvelle étude.

Des travaux antérieurs de Teanby et de ses collègues ont décrit la relation entre les gaz traces et le vortex polaire, mais la nouvelle étude est la première analyse complète des variations saisonnières de la température et de la composition de la stratosphère de Titan, basé sur les données de cartographie infrarouge de l'ensemble du tour de 13 ans de Cassini du système de Saturne.

"C'est la première fois qu'un article est présenté dans l'ensemble de l'ensemble de données Cassini, couvrant près de la moitié de l'année Titan, et regardé comment l'évolution des vortex polaires nord et sud pourrait différer, " a déclaré Claire Newman, un expert en atmosphères planétaires chez Aeolis Research et un chercheur non affilié à la nouvelle étude. "Je travaille sur des modèles atmosphériques et nous nous appuyons sur ce genre d'observations pour comprendre à quel point nos modèles capturent correctement ce qui se passe sur Titan lui-même."

À l'avenir, les auteurs de la nouvelle étude espèrent disposer de suffisamment de données pour appliquer les modèles atmosphériques de la Terre à Titan et tenter de prédire les tendances climatiques sur la lune. Tester des modèles sur un tout nouveau monde pourrait aider les scientifiques à rendre les modèles plus robustes. Un jour, La lune inhabituelle de Saturne pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre l'atmosphère de notre planète natale, dit Teanby.

"Pourquoi c'est si intéressant, c'est que Titan est comme une mini Terre avec une atmosphère vraiment exotique et froide que nous pouvons utiliser pour tester des modèles climatiques et des choses comme ça, " a déclaré Teanby. " C'est la raison pour laquelle nous nous sommes embêtés, mais je suppose que la vraie motivation est juste que c'est vraiment cool d'essayer de comprendre ce truc."

Tourbillon d'hiver

Titan tourne sur un axe incliné à peu près au même degré que celui de la Terre, qui donne à la lune des saisons comme celle de la Terre, mais étiré au cours des 29 années terrestres que Titan et Saturne mettent pour faire le tour du Soleil. Le vaisseau spatial Cassini de la NASA a observé le tournant des saisons de Titan, du milieu de l'hiver au solstice d'été dans l'hémisphère nord de la lune.

Lorsque Cassini est arrivé à Saturne en 2004, Le pôle nord de Titan a été enveloppé dans un vortex polaire du pôle à environ 45 degrés de latitude nord, sur l'endroit où se trouve la frontière sud du Montana sur Terre.

Un vortex polaire est une grande calotte d'air froid et de basse pression qui se trouve au-dessus des pôles en hiver, se tordant dans la direction de celle de la planète, ou celle de la lune, tournoyer. De forts courants-jets d'ouest encerclent le pôle et contiennent le froid, créant une séparation distincte de l'air chaud de l'équateur. Les barrières Jetstream évitent le mélange des masses d'air et gardent les produits chimiques ainsi que le froid à l'intérieur du vortex.

Sur Terre, le bord de ce grand système atmosphérique se trouve à environ 60 degrés de latitude, la frontière sud du Yukon et des Territoires du Nord-Ouest du Canada dans l'hémisphère nord. Les latitudes inférieures rencontrent le vortex, comme l'Amérique du Nord l'a fait en janvier dernier, lorsque le jetstream s'affaiblit ou serpente.

Cassini a découvert que le vortex polaire nord de Titan persistait pendant l'équinoxe et s'est brisé en été, un peu comme sur Terre, mais persistant plus tard dans l'année. Pendant ce temps, un nouveau vortex a commencé à se former au-dessus du pôle sud peu après l'équinoxe de la lune. Le vortex sud embryonnaire était, étonnamment, plus froid que le vortex du nord, qui n'avait été observé qu'en pleine gloire hivernale.

La nouvelle recherche suggère que la différence pourrait être une phase extra-froide au début de l'hiver produite par la chimie de Titan plutôt que des différences intrinsèques entre les pôles.

Chimie étrange

La nouvelle étude suggère que la chimie atmosphérique de Titan pourrait accentuer son vortex polaire. Comme l'atmosphère terrestre, L'atmosphère de Titan est principalement d'azote, et la pression à la surface de la Lune est d'environ 1,5 fois celle de la Terre au niveau de la mer. Mais contrairement à la Terre, les 2 % restants de l'atmosphère sont principalement du méthane, principal composant du gaz naturel. Quand il pleut sur Titan, il pleut des hydrocarbures.

Haut dans la lune est relativement chaud, haute atmosphère, le méthane réagit avec l'énergie du Soleil et du champ magnétique de Saturne pour produire des traces de gaz comme le cyanure, éthylène, l'éthane et les molécules organiques plus grosses. Certains de ces gaz sont des éléments constitutifs de la brume caractéristique de Titan.

Cassini a observé un enrichissement de ces gaz traces au-dessus des pôles d'hiver et la nouvelle recherche constate que cet enrichissement est plus prononcé au début de l'hiver, lorsque le pôle est également plus froid.

Sur Titan, comme sur Terre, la différence de température entre l'équateur et le pôle hivernal sombre entraîne finalement la formation du vortex polaire. Sur les deux mondes, les puits d'air froid, entraînant la haute atmosphère vers le bas au pôle en hiver. Alors que les gaz traces se mélangent vers le bas dans les couches intermédiaires plus froides de l'atmosphère de Titan, ils se condensent en nuages ​​liquides ou solides. Les gaz traces condensés agissent comme un puits, accélérer le mouvement de plus de gaz traces vers le haut de l'atmosphère où ils sont créés.

Les gaz traces rendent les couches froides de la stratosphère de Titan encore plus froides en émettant de la lumière infrarouge. La lumière infrarouge se situe juste au-delà du spectre de la lumière visible et est perceptible par les humains sous forme de chaleur. Lorsque les gaz traces brillent, ils perdent de l'énergie, qui a pour effet de refroidir l'atmosphère en rayonnant de l'énergie dans l'espace. La nouvelle étude propose que l'air maintenant encore plus froid descend plus rapidement, dans un cycle de rétroaction glacial.

« Tout cela se passe au début de l'hiver, donc le début de l'hiver est vraiment, vraiment froid, " dit Teanby. Finalement, l'augmentation de pression causée par tout cet air descendant crée sa propre chaleur, qui contrecarre le cycle de rétroaction. Les auteurs suggèrent que cela crée deux phases distinctes dans l'hiver de Titan.

"Au fur et à mesure que vous avancez dans l'hiver et que la circulation se développe, vous obtenez un effet inverse, où vous commencez à réchauffer la stratosphère en raison de cette compression de l'air lorsqu'il s'enfonce. Il y a donc ces deux phases à l'hiver qui sont assez étranges. Nous ne sommes pas totalement sûrs que ce soit ce qui se passe, mais c'est notre théorie à la minute, " a déclaré Teanby.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de AGU Blogs (http://blogs.agu.org), une communauté de blogs sur les sciences de la Terre et de l'espace, hébergé par l'American Geophysical Union. Lisez l'histoire originale ici.