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 densa atmósfera , la lluvia de metano y el posible criovulcanismo crean un análogo, aunque con materiales diferentes, a los cambios climáticos que sufre la Tierra durante el año terrestre, mucho más corto.
Titán recibe aproximadamente el 1% de la cantidad de luz solar que recibe la Tierra. [1] La temperatura media de la superficie es de unos 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 vuelta al espacio, haciendo que su superficie sea significativamente más fría que su atmósfera superior. [3] Esto compensa parcialmente el calentamiento por efecto invernadero y mantiene la superficie algo más fría de lo que se esperaría de otra manera 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 12 K más cálida que la temperatura efectiva de 82 K. [ es decir , el equilibrio que se alcanzaría en ausencia de cualquier atmósfera]" [3]
La inclinación orbital de Titán con respecto al Sol es muy similar a la inclinación axial de Saturno (unos 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 de 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 está orientada hacia 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 alrededor del Sol, exponiendo diferentes cantidades de luz solar a los hemisferios norte y sur de Titán durante diferentes partes del año saturnino. 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 entrando en el invierno. [9]
Los vientos en la superficie son normalmente bajos (<1 metro por segundo). Recientes simulaciones por ordenador indican que las enormes dunas de material similar al hollín que caen de la atmósfera en las regiones ecuatoriales pueden estar formadas por vientos de tormenta poco frecuentes que se producen solo cada quince años cuando Titán está en equinoccio . [10] Las tormentas producen fuertes corrientes descendentes que fluyen hacia el este a velocidades 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 observó 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 australes 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 tranquilos, con pocas olas u ondulaciones; sin embargo, Cassini ha encontrado evidencia de un aumento de la turbulencia durante el verano del hemisferio norte, lo que sugiere que los vientos superficiales pueden fortalecerse durante ciertos momentos del año titánico. [13] Cassini también ha visto olas y ondulaciones . [14]
Los hallazgos de la sonda Huygens indican que la atmósfera de Titán periódicamente llueve 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 Xanadu , sugestivo de "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 la lluvia estacional de hidrocarburos. [5] [17] Es posible que áreas de la superficie de Titán puedan estar cubiertas 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 solo 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 el polo sur está actualmente 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 los ciclones impulsados por esta evaporación e implicando lluvia, así como vientos huracanados de hasta 20 m/s (45 mph) se formen sobre los grandes mares del norte (Kraken Mare, Ligeia Mare, Punga Mare) solo en el verano boreal, con una duración de hasta diez días. [21] Los cálculos sugieren que, a medida que el hemisferio norte, donde se encuentran la mayoría de los lagos, entre en el largo verano titánico, las velocidades del viento podrían aumentar a 3 km/h, niveles suficientes para producir olas. [22] Desde 2014, el radar Cassini y el espectrómetro de mapeo visual e infrarrojo han observado en varias ocasiones olas que probablemente fueron generadas por 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 celda de Hadley . El gas cálido asciende en el hemisferio sur de Titán, que estaba experimentando verano durante el descenso de Huygens , y desciende 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 celda de Hadley tan grande solo es posible en un mundo de rotación lenta 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 celda crea una banda global de baja presión, lo que en realidad es una variación de la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT) de la Tierra. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en la Tierra, donde los océanos limitan la ZCIT a los trópicos, en Titán la zona se desplaza de un polo a otro, llevándose consigo nubes de metano. Esto significa que, a pesar de sus gélidas temperaturas, se puede decir que Titán tiene un clima tropical. [29]
En junio de 2012, Cassini fotografió un vórtice polar giratorio en el polo sur de Titán, que el equipo de imágenes cree que está relacionado con una "capa polar", un área de densa neblina a gran altitud vista sobre el polo norte desde la llegada de la sonda en 2004. Como los hemisferios 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, marcando la bruma general. [32]
En septiembre de 2006, Cassini fotografió 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 solo 1 a 3 micrómetros y el etano también puede congelarse a estas altitudes. En diciembre, Cassini observó nuevamente una capa de nubes y detectó metano, etano y otros compuestos orgánicos. La nube tenía más de 2400 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 impulsar partículas orgánicas hacia la superficie. Estas fueron las pruebas más sólidas hasta ahora del ciclo "metanológico" (análogo al ciclo hidrológico de la Tierra ) hipotetizado desde hace mucho tiempo en Titán. [33]
También se han encontrado nubes sobre la región polar sur. Aunque normalmente cubren el 1% del disco de Titán, se han observado eventos de explosión en los que la cubierta 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 titánico generan una 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 solo después del solsticio de verano sino también a mediados de primavera. El aumento de la humedad del metano en el polo sur posiblemente contribuya a los rápidos aumentos en el tamaño de las nubes. [34] Hubo 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 las estaciones cambien, 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 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 extendidas y permanentes en la troposfera y por encima de ella; en latitudes más bajas, se encuentran principalmente nubes de metano entre 15 y 18 km, y son más esporádicas y localizadas. En el hemisferio de verano, las nubes de metano frecuentes, espesas pero esporádicas parecen agruparse alrededor de los 40°. [28]
Las observaciones terrestres también revelan variaciones estacionales en la cobertura de nubes. A lo largo de la órbita de 30 años de Saturno, los sistemas de nubes de Titán parecen manifestarse durante 25 años y luego desaparecer 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 relámpagos en Titán, los modelos informáticos sugieren que las nubes en la troposfera inferior de la luna pueden acumular suficiente carga para generar relámpagos desde una altitud de aproximadamente 20 km. [38] La presencia de relámpagos 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] Recientes simulaciones por computadora han demostrado que bajo ciertas circunstancias, las descargas de corrientes de vapor , las primeras etapas de las descargas de relámpagos, pueden formarse en Titán. [41]