El clima de Titán , la luna más grande de Saturno , es similar en muchos aspectos al de la Tierra , a pesar de tener una temperatura superficial mucho más baja. Su atmósfera espesa , lluvia de metano y posible criovulcanismo crean una analogía, aunque con diferentes materiales, a los cambios climáticos experimentados por la Tierra durante su año mucho más corto.
Titán recibe aproximadamente el 1% de la cantidad de luz solar que recibe la Tierra. [1] La temperatura promedio de la superficie es de aproximadamente 90,6 K (-182,55 °C o -296,59 °F). [2] A esta temperatura, el hielo de agua tiene una presión de vapor extremadamente baja, por lo que la atmósfera está casi libre de vapor de agua. Sin embargo, el metano en la atmósfera provoca un importante efecto invernadero que mantiene la superficie de Titán a una temperatura mucho más alta que la que de otro modo sería el equilibrio térmico. [3] [4] [5]
La neblina en la atmósfera de Titán contribuye a un efecto anti-invernadero al reflejar la luz solar de regreso al espacio, haciendo que su superficie sea significativamente más fría que su atmósfera superior. [3] Esto compensa parcialmente el calentamiento del invernadero y mantiene la superficie algo más fría de lo que se esperaría de otro modo solo por el efecto invernadero. [6] Según McKay et al., "el efecto anti-invernadero en Titán reduce la temperatura de la superficie en 9 K mientras que el efecto invernadero la aumenta en 21 K. El efecto neto es que la temperatura de la superficie (94 K) es de 12 K más caliente que la temperatura efectiva 82 K. [ es decir , el equilibrio que se alcanzaría en ausencia de atmósfera]" [3]
La inclinación orbital de Titán con respecto al Sol es muy cercana a la inclinación axial de Saturno (aproximadamente 27°), y su inclinación axial con respecto a su órbita es cero. Esto significa que la dirección de la luz solar entrante está determinada casi en su totalidad por el ciclo día-noche de Titán y el ciclo anual de Saturno. El ciclo diurno en Titán dura 15,9 días terrestres, que es el tiempo que tarda Titán en orbitar Saturno. Titán está bloqueado por mareas , por lo que la misma parte de Titán siempre mira a Saturno y no hay un ciclo de "meses" separado.
El cambio estacional está impulsado por el año de Saturno: Saturno tarda unos 29,5 años terrestres en orbitar el Sol, exponiendo diferentes cantidades de luz solar a los hemisferios norte y sur de Titán durante diferentes partes del año saturniano. Los cambios climáticos estacionales incluyen lagos de hidrocarburos más grandes en el hemisferio norte durante el invierno, disminución de la neblina alrededor de los equinoccios debido al cambio en la circulación atmosférica y nubes de hielo asociadas en las regiones del Polo Sur. [7] [8] El último equinoccio ocurrió el 11 de agosto de 2009; Este fue el equinoccio de primavera para el hemisferio norte, lo que significa que el hemisferio sur está recibiendo menos luz solar y avanzando hacia el invierno. [9]
Los vientos en la superficie son normalmente bajos (<1 metro por segundo). Simulaciones por computadora recientes indican que las enormes dunas de material parecido al hollín que caen de la atmósfera en las regiones ecuatoriales pueden estar formadas por raros vientos tormentosos que ocurren sólo cada quince años cuando Titán está en equinoccio . [10] Las tormentas producen fuertes corrientes descendentes, que fluyen hacia el este a una velocidad de hasta 10 metros por segundo cuando alcanzan la superficie. A finales de 2010, el equivalente a principios de la primavera en el hemisferio norte de Titán, se observaron una serie de tormentas de metano en las regiones desérticas ecuatoriales de Titán. [11]
Debido a la excentricidad de la órbita de Saturno, Titán está aproximadamente un 12% más cerca del Sol durante el verano del hemisferio sur, lo que hace que los veranos del sur sean más cortos pero más calurosos que los del norte. Esta asimetría puede contribuir a las diferencias topológicas entre los hemisferios: el hemisferio norte tiene muchos más lagos de hidrocarburos. [12] Los lagos de Titán son en gran parte plácidos, con pocas olas u ondulaciones; sin embargo, Cassini ha encontrado evidencia de turbulencias crecientes durante el verano del hemisferio norte, lo que sugiere que los vientos en la superficie pueden fortalecerse durante ciertas épocas del año titánico. [13] Cassini también ha visto ondas y ondulaciones . [14]
Los hallazgos de la sonda Huygens indican que la atmósfera de Titán llueve periódicamente metano líquido y otros compuestos orgánicos sobre la superficie de la luna. [15] En octubre de 2007, los observadores notaron un aumento en la opacidad aparente en las nubes sobre la región ecuatorial de Xanadú , lo que sugiere una "llovizna de metano", aunque esto no era evidencia directa de lluvia. [16] Sin embargo, imágenes posteriores de lagos en el hemisferio sur de Titán tomadas durante un año muestran que están agrandados y llenos por las lluvias estacionales de hidrocarburos. [5] [17] Es posible que áreas de la superficie de Titán estén recubiertas por una capa de tolinas , pero esto no ha sido confirmado. [18] La presencia de lluvia indica que Titán puede ser el único cuerpo del Sistema Solar, además de la Tierra, sobre el que se podrían formar arcoíris . Sin embargo, dada la extrema opacidad de la atmósfera a la luz visible, la gran mayoría de los arcoíris serían visibles sólo en el infrarrojo. [19]
El número de lagos de metano visibles cerca del polo sur de Titán es decididamente menor que el número observado cerca del polo norte. Como actualmente el polo sur está en verano y el polo norte en invierno, una hipótesis emergente es que el metano llueve sobre los polos en invierno y se evapora en verano. [20] Según un artículo de Tetsuya Tokano de la Universidad de Colonia, se espera que se formen ciclones impulsados por esta evaporación y que involucran lluvia y vientos huracanados de hasta 20 m/s (45 mph) sobre la gran región septentrional. mares (Kraken Mare, Ligeia Mare, Punga Mare) sólo en el verano del norte y dura hasta diez días. [21] Los cálculos sugieren que, a medida que el hemisferio norte, donde residen la mayoría de los lagos, entra en el largo verano titániano, la velocidad del viento podría aumentar a 3 km/h, niveles suficientes para producir olas. [22] El RADAR Cassini y el espectrómetro de mapeo visual e infrarrojo han observado olas en varias ocasiones desde 2014, que probablemente se generaron a partir de vientos de verano [23] [24] o corrientes de marea. [25] [26]
Las simulaciones de patrones de viento globales basadas en datos de velocidad del viento tomados por Huygens durante su descenso han sugerido que la atmósfera de Titán circula en una única y enorme célula de Hadley . El gas caliente se eleva en el hemisferio sur de Titán (que estaba experimentando el verano durante el descenso de Huygens ) y se hunde en el hemisferio norte, lo que resulta en un flujo de gas a gran altitud de sur a norte y un flujo de gas a baja altitud de norte a sur. Una célula Hadley tan grande sólo es posible en un mundo que gira lentamente como Titán. [27] La celda de circulación del viento de polo a polo parece estar centrada en la estratosfera; Las simulaciones sugieren que debería cambiar cada doce años, con un período de transición de tres años, a lo largo del año de Titán (30 años terrestres). [28] Esta célula crea una banda global de baja presión, lo que es en efecto una variación de la Zona de Convergencia Intertropical de la Tierra (ZCIT). Sin embargo, a diferencia de la Tierra, donde los océanos confinan la ZCIT a los trópicos, en Titán la zona vaga de un polo al otro, llevándose consigo nubes de lluvia de metano. Esto significa que se puede decir que Titán, a pesar de sus gélidas temperaturas, tiene un clima tropical. [29]
En junio de 2012, Cassini tomó imágenes de un vórtice polar giratorio en el polo sur de Titán, que el equipo de imágenes cree que está relacionado con una "capucha polar", un área de densa neblina a gran altitud vista sobre el polo norte desde la llegada de la sonda en 2004. Dado que los hemisferios ahora están cambiando de estación desde el equinoccio de 2009, con el polo sur entrando en invierno y el norte entrando en verano, se plantea la hipótesis de que este vórtice podría marcar la formación de una nueva capucha polar sur. [30] [31]
Las nubes de Titán, probablemente compuestas de metano , etano u otros compuestos orgánicos simples, están dispersas y son variables, lo que acentúa la neblina general. [32]
En septiembre de 2006, Cassini tomó imágenes de una gran nube a una altura de 40 km sobre el polo norte de Titán. Aunque se sabe que el metano se condensa en la atmósfera de Titán , era más probable que la nube fuera etano, ya que el tamaño detectado de las partículas era de sólo 1 a 3 micrómetros y el etano también puede congelarse a estas altitudes. En diciembre, Cassini volvió a observar la nubosidad y detectó metano, etano y otras sustancias orgánicas. La nube tenía más de 2.400 km de diámetro y todavía era visible durante un sobrevuelo posterior un mes después. Una hipótesis es que actualmente está lloviendo (o, si hace suficiente frío, nevando) en el polo norte; las corrientes descendentes en las altas latitudes del norte son lo suficientemente fuertes como para empujar partículas orgánicas hacia la superficie. Éstas fueron la evidencia más sólida hasta el momento del ciclo "metanológico" (análogo al ciclo hidrológico de la Tierra ) en Titán, planteado durante mucho tiempo como hipótesis. [33]
También se han encontrado nubes sobre la región del polo sur. Si bien normalmente cubren el 1% del disco de Titán, se han observado eventos de explosión en los que la cobertura de nubes se expande rápidamente hasta un 8%. Una hipótesis afirma que las nubes del sur se forman cuando los niveles elevados de luz solar durante el verano titániano generan elevación en la atmósfera, lo que resulta en convección . Esta explicación se complica por el hecho de que la formación de nubes se ha observado no sólo después del solsticio de verano sino también a mediados de primavera. El aumento de la humedad del metano en el polo sur posiblemente contribuya al rápido aumento del tamaño de las nubes. [34] Había habido verano en el hemisferio sur de Titán hasta 2010, cuando la órbita de Saturno, que gobierna el movimiento de la luna, inclinó el hemisferio norte hacia el Sol. [27] Cuando cambien las estaciones, se espera que el etano comience a condensarse sobre el polo sur. [35]
Los modelos de investigación que coinciden bien con las observaciones sugieren que las nubes en Titán se agrupan en las coordenadas preferidas y que la cobertura de nubes varía según la distancia desde la superficie en diferentes partes del satélite. En las regiones polares (por encima de los 60 grados de latitud ), aparecen nubes de etano permanentes y generalizadas dentro y por encima de la troposfera; en latitudes más bajas, principalmente nubes de metano se encuentran entre 15 y 18 km, y son más esporádicas y localizadas. En el hemisferio de verano, frecuentes, espesas pero esporádicas nubes de metano parecen agruparse alrededor de los 40°. [28]
Las observaciones terrestres también revelan variaciones estacionales en la nubosidad. En el transcurso de la órbita de 30 años de Saturno, los sistemas de nubes de Titán parecen manifestarse durante 25 años y luego se desvanecen durante cuatro o cinco años antes de reaparecer nuevamente. [33]
Cassini también ha detectado nubes blancas de tipo cirro a gran altitud en la atmósfera superior de Titán, probablemente formadas por metano. [37]
Aunque todavía no se ha observado evidencia de actividad de rayos en Titán, los modelos informáticos sugieren que las nubes en la troposfera inferior de la luna pueden acumular carga suficiente para generar rayos desde una altitud de aproximadamente 20 km. [38] La presencia de rayos en la atmósfera de Titán favorecería la producción de materiales orgánicos. Cassini no detectó ningún relámpago en la atmósfera de Titán, [39] aunque aún podría haber relámpagos si fueran demasiado débiles para ser detectados. [40] Simulaciones por computadora recientes han demostrado que, bajo ciertas circunstancias, las descargas de serpentinas , las primeras etapas de las descargas de rayos, pueden formarse en Titán. [41]