Το στροβιλιζόμενο πολικό σύννεφο του Τιτάνα είναι κρύο και τοξικό

Οι επιστήμονες αναλύοντας τα δεδομένα από την αποστολή διαπίστωσαν ότι αυτή η γιγαντιαία πολική δίνη περιέχει κατεψυγμένα σωματίδια των τοξικών κυανιούχων ενώσεων υδρογόνου.

"Η ανακάλυψη δείχνει ότι η ατμόσφαιρα του νοτίου ημισφαιρίου του Τιτάνα ψύχεται πολύ πιο γρήγορα από όσο περιμέναμε", λέει ο Remco de Kok του Παρατηρητηρίου Leiden και του Ολλανδικού Ινστιτούτου Διαστημικών Ερευνών SRON, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature. 

Σε αντίθεση με οποιοδήποτε άλλο φεγγάρι στο Ηλιακό Σύστημα, ο Τιτάνας καλύπτεται από μια πυκνή ατμόσφαιρα όπου κυριαρχεί το άζωτο, με μικρές ποσότητες μεθανίου και άλλων αερίων σε ίχνη. Σχεδόν 10 φορές μακρύτερα από τον Ήλιο από όσο η Γη, ο Τιτάνας είναι πολύ κρύος, επιτρέποντας το μεθάνιο και άλλοι υδρογονάνθρακες να μετατρέπονται σε βροχή στην επιφάνειά του σχηματίζοντας τα ποτάμια και τις λίμνες.

Όπως η Γη, ο Τιτάνας βιώνει εποχές κατά τη διάρκεια της 29 ετών τροχιάς του γύρω από τον Ήλιο μαζί με τον Κρόνο. Κάθε μία από τις τέσσερις εποχές διαρκεί περίπου επτά γήινα χρόνια και η πιο πρόσφατη εποχιακή αλλαγή συνέβη το 2009, όταν το νότιο ημισφαίριο μετέβει από το καλοκαίρι στο φθινόπωρο. 

Τον Μάιο του 2012, εικόνες από το Cassini αποκάλυψαν ένα τεράστιο σύννεφο να στροβιλίζεται αρκετές εκατοντάδες χιλιόμετρα σε όλη την έκτασή του, παίρνοντας μορφή στο νότιο πόλο.

Αυτή η πολική δίνη φαίνεται να είναι ένα αποτέλεσμα της αλλαγής της εποχής, με μεγάλες ποσότητες αέρα που θερμαίνεται από την ηλιακή ακτινοβολία κατά τη διάρκεια της άνοιξης στο βορρά και ρέοντας προς το νότιο ημισφαίριο.

Μια αινιγματική λεπτομέρεια σχετικά με αυτό στροβιλιζόμενο σύννεφο είναι το ύψος του, περίπου 300 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια του Τιτάνα, όπου οι επιστήμονες πίστευαν ότι ήταν πάρα πολύ ζεστά ώστε να σχηματιστούν σύννεφα.

"Πραγματικά δεν περιμέναμε να δούμε ένα τέτοιο τεράστιο σύννεφο τόσο ψηλά στην ατμόσφαιρα," λέει ο Δρ de Kok.

Θέλοντας να καταλάβουν τι θα μπορούσε να προκαλέσει αυτό το μυστηριώδες σύννεφο, οι επιστήμονες στράφηκαν προς τα πλούσια δεδομένα του Cassini. Μετά από προσεκτική εξέταση, βρήκαν μια σημαντική ένδειξη στο φάσμα του ηλιακού φωτός που ανακλάται από την ατμόσφαιρα του Τιτάνα.

Ένα φάσμα χωρίζει το φως από ένα ουράνιο σώμα στα συστατικά χρώματά του, αποκαλύπτοντας τις υπογραφές των στοιχείων και των μορίων που είναι παρόντα. Το Οπτικό και Υπέρυθρο Φασματόμετρο Χαρτογράφησης του Cassini λαμβάνει φάσματα σε πολλά διαφορετικά σημεία στον Τιτάνα, χαρτογραφώντας την κατανομή των χημικών ενώσεων στην ατμόσφαιρα και την επιφάνεια του.

"Το φως που προέρχεται από την πολική δίνη έδειξε μια αξιοσημείωτη διαφορά σε σχέση με άλλα τμήματα της ατμόσφαιρας του Τιτάνα," λέει ο Δρ de Kok. "Θα μπορούσαμε να δούμε ξεκάθαρα την υπογραφή των κατεψυγμένων μορίων υδροκυανίου - HCN"

Ως αέριο, το HCN είναι ένα από τα μόρια που υπάρχουν σε μικρές ποσότητες στην πλούσια σε άζωτο ατμόσφαιρα του Τιτάνα. Ωστόσο, η εξεύρεση αυτών των μορίων υπό τη μορφή πάγου ήταν πολύ αναπάντεχη, καθότι το HCN μπορεί να συμπυκνώνεται για να σχηματίσει κατεψυγμένα σωματίδια μόνο αν η ατμόσφαιρα είναι τόσο κρύα όσο -148ºC.

"Αυτό είναι περίπου 100 ° C ψυχρότερα από τις προβλέψεις από τα τρέχοντα θεωρητικά μοντέλα της ανώτερης ατμόσφαιρας του Τιτάνα," εξηγεί ο συνεργάτης συγγραφέας της επιστημονική εργασίας Nick Teanby από το Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ, Ηνωμένο Βασίλειο.

"Για να ελέγξουμε κατά πόσο τέτοιες χαμηλές θερμοκρασίες ήταν πραγματικά δυνατόν να παρουσιαστούν, ερευνήσαμε ένα δεύτερο σύνολο παρατηρήσεων από το Σύνθετο  Υπέρυθρο Φασματόμετρο του Cassini, το οποίο μας επιτρέπει να μετρήσουμε την ατμοσφαιρική θερμοκρασία σε διαφορετικά υψόμετρα."

Δυστυχώς, δεν ελήφθησαν τέτοιες ενδείξεις το 2012 στο υψόμετρο αυτού του νέφους, αλλά οι επιστήμονες εξέτασαν τα δεδομένα από άλλες ημερομηνίες, την ατμόσφαιρα πάνω και κάτω από τον στρόβιλο.

Αυτά τα δεδομένα έδειξαν ότι το νότιο ημισφαίριο ψύχεται με ταχείς ρυθμούς, καθιστώντας δυνατή την επίτευξη της χαμηλής θερμοκρασίας που απαιτείται για να σχηματιστεί το γιγαντιαίο τοξικό νέφος που εμφανίζεται στο νότιο πόλο.

Αυτή η γρήγορη ψύξη της νότιας ατμόσφαιρας μπορεί να είναι μια συνέπεια της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας, η οποία έχει σύρει μεγάλες μάζες φυσικού αερίου προς το νότο από την αλλαγή της εποχής το 2009. Καθώς το αέριο HCN συμπυκνώνεται, τα μόρια του λάμπουν στα υπέρυθρα μήκη κύματος, ψύχοντας τον περιβάλλοντα αέρα κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας.

Ένας άλλος παράγοντας που συμβάλλει σε αυτή την ψύξη είναι η μειωμένη έκθεση στο ηλιακό φως στο νότιο ημισφαίριο του Τιτάνα.

"Αυτό το αναπάντεχο αποτέλεσμα δείχνει πόσα μαθαίνουμε ακόμα για τον καιρό του Τιτάνα και της πολύπλοκης δυναμικής της ατμόσφαιρας του," λέει ο Nicolas Altobelli, επιστήμονας του Cassini-Huygens της ESA. "Μπορούμε να προσβλέπουμε σε πιο συναρπαστικές ανακαλύψεις από το Cassini μέσα στα επόμενα λίγα χρόνια, καθώς συνεχίζει να παρακολουθεί τις εποχιακές αλλαγές στον Κρόνο και τα φεγγάρια του."

Σημειώσεις για Συντάκτες

Η εργασία “HCN ice in Titan’s high-altitude southern polar cloud,” των R. J. de Kok et al. θα εκδοθεί στις 2 Οκτωβρίου 2014 στο επιστημονικό περιοδικό Nature; doi: 10.1038/nature13789

Τα αποτελέσματα αναφέρονται από τους R.J. de Kok, Παρατηρητήριο Leiden και το Ολλανδικό Ινστιτούτο Διαστημικής Έρευνας SRON, Ολλανδία; N.A. Teanby, Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ, Ηνωμένο Βασίλειο; L. Maltagliati και S. Vinatier, Παρατηρητήριο του Παρισιού LESIA, CNRS, UPMC Πανεπιστήμιο του Παρισιού 06, Πανεπιστήμιο του Παρισιού Paris-Diderot, Γαλλία; και P.G.J. Irwin, Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, Ηνωμένο Βασίλειο.

Η αποστολή Cassini-Huygens είναι ένα συνεργατικό έργο της NASA, ESA και της Ιταλικής Διαστημικής Υπηρεσίας  ASI. Το Cassini εκτοξεύθηκε το 1997, έφτασε στο σύστημα του Κρόνου το 2004 και μελετά τον πλανήτη με τους δακτυλίους και τα φεγγάρια του. Το σκάφος Huygens απελευθερώθηκε από το κύριο διαστημόπλοιο και, το 2005, έπεσε με αλεξίπτωτο μέσω της ατμόσφαιρας στην επιφάνεια του μεγαλύτερου φεγγαριού του Κρόνου, τον Τιτάνα.

Η αρχική τετραετής αποστολή του Cassini για να εξερευνήσει το Σύστημα του Κρόνου κάλυψε την περίοδο Ιούλιος 2004 - Ιούνιος 2008, όταν ο Κρόνος και τα φεγγάρια του βίωναν χειμώνα στο βόρειο ημισφαίριο και καλοκαίρι στο νότιο. Η πρώτη εκτεταμένη αποστολή, που ονομαζόταν «Cassini Equinox Mission», ολοκληρώθηκε το Σεπτέμβριο του 2010. Αυτή περιελάμβανε την εαρινή ισημερία, στις 11 Αυγούστου 2009, όταν η άνοιξη ακολούθησε τον χειμώνα στο βόρειο ημισφαίριο και το φθινόπωρο ακολούθησε το καλοκαίρι στο νότιο ημισφαίριο .

Μια δεύτερη εκτεταμένη αποστολή, το «Cassini Solstice Αποστολή», θα συνεχιστεί μέχρι το Σεπτέμβριο του 2017. Αυτό θα επιτρέψει στους επιστήμονες να μελετήσουν το σύστημα του Κρόνου πριν από την επόμενη εποχιακή αλλαγή, το θερινό ηλιοστάσιο τον Μάη του 2017, η οποία θα σημάνει την άφιξη του βόρειου καλοκαιριού και του νότιου χειμώνα.

Το εργαστήριο Jet Propulsion Laboratory της NASA, ένα τμήμα του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Καλιφόρνια (California Institute of Technology) στην Πασαντένα, διαχειρίζεται την αποστολή για τη Διεύθυνση Επιστημονικών Αποστολών της NASA, Ουάσινγκτον, ΗΠΑ.