El clima de Titán , la luna más grande de Saturno, se parece al de la Tierra en muchos aspectos, a pesar de la temperatura sustancialmente más fría de Titán. La espesa atmósfera, la lluvia de metano y la posible presencia de actividad criovolcánica provocan cambios climáticos a lo largo del año.
Titán recibe solo alrededor del 1% de la radiación solar recibida por la Tierra. [1] La temperatura superficial promedio es de aproximadamente 98,29 K (−179 °C o −290 °F). A una temperatura determinada, el hielo de agua tiene una presión de vapor muy baja, por lo que la atmósfera contiene poco o nada de vapor de agua. La presencia de metano en la atmósfera provoca el efecto invernadero , que contribuye a temperaturas superficiales más altas. [2] [3]
La neblina en la atmósfera de Titán contribuye al efecto antiinvernadero al reflejar parte de la radiación solar, lo que hace que la superficie parezca más fría que las capas superiores de la atmósfera. [2] Este proceso compensa parcialmente el efecto invernadero. [4] Según un estudio de McKay et al., el efecto antiinvernadero reduce la temperatura superficial en 9 K, el efecto invernadero aumenta en 21 K; así, la temperatura de la superficie (94 K) es 12 K más alta que la temperatura efectiva de 82 K (la temperatura que se alcanzaría en ausencia de atmósfera). [2]
La inclinación de la órbita de Titán es muy parecida a la del eje de rotación de Saturno (alrededor de 27°), y el eje de rotación de Titán es perpendicular al plano de la órbita. Esto significa que la dirección de los rayos del sol depende del ciclo de día y noche en Titán y de la duración del año en Saturno. El ciclo día-noche en Titán dura 15,9 días terrestres, exactamente la misma cantidad de tiempo que dura la órbita de Titán alrededor de Saturno. Titán está en rotación sincrónica con Saturno, por lo que la misma parte de Titán mira hacia Saturno todo el tiempo.
Los cambios estacionales están asociados con el año de Saturno: Saturno orbita alrededor del Sol con un período de aproximadamente 29,5 años terrestres, mientras que diferentes cantidades de radiación solar caen sobre diferentes hemisferios de Titán en diferentes intervalos del año. Los cambios climáticos estacionales incluyen un aumento de los lagos de hidrocarburos en el hemisferio norte durante el invierno, una disminución de la neblina alrededor de los equinoccios y nubes de hielo en la región del polo sur. [5] [6] El último equinoccio (para 2018) ocurrió el 11 de agosto de 2009, que fue el equinoccio de primavera para el hemisferio norte, por lo que el hemisferio sur recibe menos luz y se acerca al invierno. [7]
El viento en la superficie de Titán suele ser débil (menos de 1 m/s). Los resultados recientes de simulación por computadora han demostrado que las altas dunas de hollín pueden formarse por los raros vientos huracanados que ocurren cada 15 años durante los equinoccios. [8] Los huracanes crean fuertes corrientes verticales en la atmósfera, alcanzando velocidades de flujo de 10 m/s cerca de la superficie. A finales de 2010, se observaron tormentas de metano en las regiones desérticas de los desiertos ecuatoriales de Titán. [9]
Debido a la excentricidad distinta de cero de la órbita de Saturno, Titán está un 12 % más cerca del Sol durante el verano del hemisferio sur, lo que hace que los veranos del sur sean más cortos y calurosos que los del norte. Esta asimetría puede contribuir a las diferencias topológicas entre los hemisferios: hay muchas más nubes de hidrocarburos en el hemisferio norte. [10] La superficie de los lagos de Titán es muy tranquila, rara vez se ven olas u ondulaciones. Sin embargo, la nave espacial Cassini detectó un aumento de la turbulencia durante el verano del hemisferio norte; quizás, en algunas estaciones del año, el viento aumenta cerca de la superficie. [11] Cassini también notó la presencia de ondas y ondas. [12]
Estudios realizados por la sonda Huygens demostraron que en la atmósfera de Titán se producen periódicamente lluvias de metano líquido y otras sustancias orgánicas. [13] En octubre de 2007, los observadores notaron un aumento en la opacidad de las nubes sobre la región de Xanadu , pero esto no fue evidencia directa de lluvia. [14] Sin embargo, imágenes posteriores de lagos en el hemisferio sur de Titán tomadas durante el año mostraron que los lagos se agrandan y se llenan debido a las lluvias estacionales de hidrocarburos. [3] [15] Es posible que algunas áreas de la superficie estén cubiertas con una capa de tolinas , pero esta suposición aún no ha sido confirmada. [16] La presencia de lluvia indica que Titán puede ser el único objeto del sistema solar además de la Tierra en el que se pueden observar arcoíris. Pero debido a la alta opacidad de la atmósfera a la luz visible, la mayoría de los arcoíris solo serán visibles en luz infrarroja. [17]
El número de lagos de metano observados cerca del polo sur de Titán es significativamente menor que el número observado cerca del polo norte. Dado que actualmente (2018) es verano en el polo sur e invierno en el polo norte, existe la hipótesis según la cual el metano cae a los polos en forma de lluvia en invierno y se evapora en verano. [18] Según el trabajo de Tetsuya Tokano de la Universidad de Colonia, los ciclones regulados por dicha evaporación y lluvias, así como vientos con una velocidad de hasta 20 m/s, pueden formar grandes mares en la parte norte de Titán ( Mar de Kraken , Mar de Ligeia , Mar de Pungi ) solo en verano. [19] Hasta la fecha (2018), no se han detectado olas en ninguno de los lagos de Titán. Sin embargo, los cálculos muestran que a medida que se acerca el verano en el hemisferio norte, donde se encuentran la mayoría de los lagos, la velocidad del viento puede aumentar hasta 3 km/h, lo cual es suficiente para crear olas. [veinte]
Las simulaciones de la distribución del viento a gran escala a partir de los datos de velocidad del viento de Huygens muestran que la atmósfera de Titán circula como una sola célula gigante de Hadley . El aire caliente sube en el hemisferio sur, que era verano en el momento del estudio, y se hunde en el hemisferio norte, lo que da como resultado corrientes de aire a gran altura de sur a norte y a baja altitud de norte a sur. Una celda de Hadley tan grande solo es posible en el caso de una rotación lenta de un cuerpo celeste. [21] La circulación del viento de polo a polo parece estar centrada en la estratosfera; el modelo muestra que cada 12 años la circulación debería cambiar, mientras que habrá un período de transición de tres años. El período completo de cambio de circulación es de unos 30 años (un año en Titán). [22] La celda de Hadley crea una banda global de baja presión, que es análoga a la zona de convergencia intratropical de la Tierra . A diferencia de la Tierra, donde los océanos mantienen esta zona dentro de los trópicos, en Titán esta zona se extiende de polo a polo, arrastrando consigo nubes de metano. Así, a pesar de las bajas temperaturas de Titán, podemos decir que Titán tiene un clima tropical. [23]
En junio de 2012, la sonda Cassini obtuvo una imagen del vórtice polar en el polo sur de Titán. Probablemente esté relacionado con la "capucha polar" , un área de densa neblina a gran altura, observada en el polo norte desde 2004. Dado que las estaciones en los polos ahora cambian después del equinoccio de 2009, con invierno en el polo sur y verano en el norte, se especula que tal vórtice es indicativo de la formación de una nueva "capucha polar" en el polo sur. [24] [25]
Las nubes de Titán, que probablemente consisten en metano, etano u otros compuestos orgánicos simples, son diversas y están dispersas en el espacio, formando una neblina general. [26]
En septiembre de 2006, la nave espacial Cassini adquirió una imagen de una gran nube a unos 40 km sobre el polo norte de Titán. Aunque el metano se condensa en la atmósfera de Titán, es más probable que las nubes sean etano, con tamaños de partículas detectados de alrededor de 1-3 micrómetros; a tales altitudes, el etano puede congelarse. En diciembre , Cassini volvió a observar la capa de nubes y encontró metano, etano y otros compuestos orgánicos. La nube tenía más de 2400 km de diámetro y se observó un mes después. Según una hipótesis, debería llover (o nevar) de esta nube en el polo norte. Las corrientes descendentes de aire en las altas latitudes del norte son lo suficientemente fuertes como para que las partículas de compuestos orgánicos caigan a la superficie. Esta es la evidencia más fuerte de que existe un ciclo "metanológico" en Titán, similar al ciclo hidrológico en la Tierra. [27]
También se han detectado nubes en una zona cercana al polo sur. Por lo general, el 1% del disco de Titán está cubierto por nubes, pero en algunos casos la cobertura de nubes alcanza un área del 8%. Según una hipótesis, las nubes del sur se forman cuando el nivel de iluminación del Sol aumenta durante el verano en el hemisferio sur, lo que conduce a la convección. Esta explicación se complica por el hecho de que la formación de nubes se observó no solo en el período posterior al solsticio de verano, sino también a mediados de la primavera. Es probable que un aumento en la cantidad de metano líquido en el polo sur contribuya al rápido crecimiento del tamaño de las nubes. [28] Era verano en el hemisferio sur antes de 2010. [21] A medida que cambian las estaciones, se espera que el etano comience a condensarse cerca del polo sur. [29]
Los modelos que concuerdan bien con las observaciones muestran que las nubes en Titán gravitan en ciertas coordenadas, y la capa de nubes puede estar a diferentes distancias de la superficie en diferentes partes del satélite. En las regiones polares (en latitudes superiores a 60 grados), las nubes de etano generalizadas ocurren en y por encima de la troposfera; en latitudes más bajas, las nubes de metano se encuentran en altitudes de 15 a 18 km, mientras que son menos regulares y más localizadas. En el hemisferio en el que ahora es verano, espesas nubes de metano se concentran en latitudes de unos 40 grados. [22]
Las observaciones desde tierra también revelaron cambios estacionales en la cobertura de nubes. Durante el período orbital de 30 años de Saturno, el sistema de nubes de Titán parece existir durante unos 25 años y luego desaparece durante 4 o 5 años antes de reaparecer. [27]
Cassini también encontró altas nubes cirros blancas en la atmósfera superior, probablemente compuestas de metano. [31]
Aunque no hay evidencia observacional de la existencia de rayos en Titán, las simulaciones por computadora han demostrado que las nubes en la troposfera inferior pueden acumular suficiente carga para crear rayos a altitudes superiores a los 20 km. [32]
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