Titan Overflatetemperaturer Under Cassini-Oppdraget

våre målte overflatetemperaturer er presentert I Figur 1. Fra de syv breddegrad kart noen sesongmessige egenskaper kan gjenkjennes umiddelbart. For det første var topptemperaturene i nærheten av ekvator alltid 93-94 K og redusert mot polene med 1-4 K, avhengig av sesong. For det andre, i løpet av oppdraget flyttet de varmeste breddegrader fra den sørlige til den nordlige halvkule. 2 K og polar sør avkjølt av ca 2 K. disse funksjonene fortsetter trender som vi har sett i våre tidligere, delvise datasett. Vår måling på 10 S i 2004-06 (Ls = 313°) sammenligner godt MED HASI-måling på overflaten, 93.65 ± 0.25 K (Fulchignoni et al. 2005). Våre målinger er også enig med nær-overflatetemperaturer rapportert Av Schinder et al. (2012) Fra Cassini radio occultations.

Zoom Inn Zoom Ut Tilbakestill bildestørrelse

vårt nå ferdige datasett gir oss mulighet til å utføre en mer omfattende sammenligning med modeller. Figur 1 viser spådommer fra en nylig gcm-studie som inkluderer metanhydrologisk syklus og undersøker effekten av geografi, både uniform og ujevn (Tokano 2019). Ikke-ensartet geografi inkorporerer observerte globale variasjoner i topografi, albedo, emissivitet og termisk treghet. Også vist i figuren er resultatet fra en tidligere Gcm (Tokano 2005) som ikke utgjorde kondensert metan på overflaten (merket «tørr»). I tidligere rapporter (Jennings et al. 2011, 2016) vi sammenlignet CIRS overflatetemperaturer med den tidligere tørre casestudien. Ved bruk av data frem til 2012 (Ls = 313°-26°) fant vi at observasjonene var omtrent enige med den tørre modellen hvis overflatetermisk treghet ble antatt å være lav i sør og høy i nord (Figur 1 viser det tørre, lave termiske treghetsscenariet). Fra Og Med 2013, I Ls = 49° – perioden, avviket imidlertid temperaturen i nord betydelig fra den tørre modellen, og falt under den forventede vårøkningen med ca.1 K. Selv Om Saturns baneeksentrisitet kan forventes å gi opphav til kjøligere nordlige somre i dagens epoke (Tokano 2019), kan det ikke være årsaken til det observerte lag fordi baneeksentrisitet ble inkludert i den tørre modellen (Tokano 2005). I vår tidligere artikkel (Jennings et al. 2016) vi foreslo at de kjøligere enn forventede temperaturene skyldtes fordampningskjøling av våte overflater, både hav og land, på nordlige breddegrader under våroppvarming (Lora et al . 2015; Jennings et al. 2016; Tokano & Lorenz 2016). Le Gall et al. (2016) kom til en lignende konklusjon fra 2.2 cm Cassini radiometer studier. Figuren viser at når metanoverflatehydrologi er inkludert I Gcm (Tokano 2019), regnes den observerte generelle oppførselen til overflatetemperaturene, og spesielt de nedtrykte nordlige vårtemperaturene forklares. Tokano (2019) rapporterte denne avtalen med sine modellresultater ved hjelp AV CIRS-data frem til 2014. Som det fremgår Av Figur 1, fortsatte modellspådommene I de to siste periodene, ls = 73° og 90°, å matche de kjøligere målingene i nord.

I det hele tatt er CIRS-målingene bedre beskrevet av både de ensartede og ujevne tilfellene enn ved tørrhuset. Dette innebærer at metanoverflatehydrologi spiller en avgjørende rolle i å drive sesongbaserte overflatetemperaturer. Forskjellene mellom de to geografiske tilfellene, primært drevet av topografi, er mest uttalt i det våtere nord (Tokano 2019). Ved tidlig nordlig vår (Ls = 26°) er de ikke-ensartede spådommene i nord godt under de ensartede spådommene. I midten av den nordlige våren (Ls = 49°) begynner målingene over 40 N å avvike mot den ujevne saken. Så i slutten av den nordlige våren (Ls = 73°) opp til solstice (Ls = 90°) blir forskjellen mellom de ensartede og ujevne tilfellene mindre. I de to siste periodene ble målingene mellom ekvator og 40 N mer i samsvar med det ujevne tilfellet, mens ved høyere polare breddegrader er dataene nærmere det ensartede tilfellet. Nedgangen i observerte temperaturer ved 0-40 N etter 2015 kan ha vært forårsaket av nedbørshendelser som De Som Er sett Av Turtle et al. (2011). Slike hendelser kan indikeres av skarpe nedadgående pigger på 30 N i de ikke-ensartede modelltilfeller for Ls = 26°, 49° og 73°. Fordamping kjøling etter nedbør hendelser kan ha deprimert mid-breddegrad overflatetemperaturer sent på våren. Tokano (2019) gcm forutser at i dagens epoke er de maksimale temperaturene i nord aldri så varme som de er i sør. Sør, i motsetning til nord, har en tendens til å være tørr det meste av året (Lora & Mitchell 2015; Lora & Áá 2017; Birch et al. 2018; Tokano 2019). Derfor er det ikke mye forskjell mellom modellene i sør, og målingene skiller ikke mellom dem. Et unntak oppstår i de to tidligste periodene (Ls = 313° og 335°), der den tørre prediksjonen på sørpolen er betydelig høyere enn de to andre tilfellene og også over dataene. En dukkert i temperaturer ved polen kan være tegn på permanent overflate fuktighet der. Sørpolen forventes å beholde fuktighet mer vedvarende enn resten av den sørlige halvkule (Tokano 2019).

det oppstod en unormal oppvarming ved sørlige breddegrader i 2015-16 (Ls = 73°). Temperaturene på 50-90-TALLET var betydelig over alle tre av modellprognosene. Tilsynelatende skjedde denne oppvarmingen ikke i løpet av de foregående 2013-14 (Ls = 49°) eller etter 2017 (Ls = 90°) perioder (Coustenis et al. 2019). Vi er ikke sikre på hva som ville forårsake en slik forbigående oppvarming i polar sør i sen høst, men en mulig mekanisme er frigjøring av latent varme som følge av etankondensasjon nær overflaten. Denne prosessen er ikke inkludert i modellene. Det er naturlig å anta at effekten var relatert til den dynamiske atmosfæriske strukturen som utviklet seg på sørpolen ved midten til sen høst (Achterberg et al. 2014; Jennings et al. 2015; West et al. 2016; Coustenis et al. 2019). På den tiden dannet den nedadgående grenen av den globale meridionale sirkulasjonen på sørpolen. Sterk, kald nedstrømning tvang sporgasser til å akkumulere og kondensere i den kalde stratosfæren (Bampasidis et al. 2012; Teanby et al. 2012, 2017; Coustenis et al. 2013, 2016, 2018; Vinatier et al. 2015, 2018; Sylvestre et al. 2018). Spesielt nedstammer faste partikler av etan i den varmere troposfæren og fordampes igjen, og bygger opp overflod ved polen. Da dyp kjøling begynte sent på høsten, ble etan recondensed nær overflaten (Rannou et al. 2006), kanskje som tåke eller tåke. Utgivelsen av latent varme oppvarmet overflaten midlertidig. Til slutt ble denne effekten overvunnet av vinterkjøling. Vi kan ikke være sikre på at etankondensasjon nær overflaten vil være tilstrekkelig til å forårsake den observerte oppvarmingen. Sammenlignet med metan, som er inkludert i Modellen Til Tokano (2019), er etankondensasjonshastigheten 1000 ganger mindre (Rannou et al. 2006; Anderson et al. 2014). På den annen side kan metankondensasjon også ha spilt en rolle i å frigjøre latent varme. Metankondensasjon nær sørpolen kan ikke ha blitt fullt modellert for tiden for den sterke polarvortexen i sen høst. En alternativ forklaring på den tilsynelatende oppvarmingen i sør er at opaciteten til den varmere stratosfæren kan ha økt i løpet av 2015-16, noe som gir en feil i atmosfærisk korreksjon. Mellom 2013 og 2017 temperaturen på 0,5–5 mbar ved høye sørlige breddegrader dyppet til en lav og deretter gjenvunnet (Coustenis et al. 2019). Eventuell forbedret kondens i løpet av den tiden ville ha kort hevet opaciteten og føre til at den varme stratosfæren bidrar til ekstra utstråling, utover det i atmosfærisk korreksjonsmodell.

som i våre tidligere rapporter forsøkte Vi å karakterisere fordelingen og sesongutviklingen av Titans overflatetemperaturer ved å lage en analytisk beskrivelse av målingene. Vi presenterer dette som en formel som oppsummerer breddeavhengigheten av overflatetemperaturer som en funksjon av tid:

Her t (L,Y) er overflatens lysstyrke temperatur, L er breddegrad, Og Y er tiden i år målt Fra Titan equinox (2009 August 11 → 2009.61). Denne analytiske modellen er bare gyldig i dataområdet, dvs. For L = -90 til +90 og Y = -4,9 til 8,1 (2004 oktober til 2017 September). Formelen ble avledet ved først å tilpasse observasjonene i hver av de syv periodene I Figur 1 til en separat cosinus. Montering ble utført ved å justere amplitude, fase og bredde av hver cosinus for å minimere standardavviket. Disse parametrene tilsvarer henholdsvis topptemperaturen, skiftet av toppen fra ekvator og fallet mot polene. Fra å undersøke de syv kurvene vi fastslått at alle tre parametrene hadde variert systematisk i løpet av sesongene. Vi utførte en lineær passform (a + bY) til de syv verdiene for hver parameter og brukte de resulterende seks koeffisientene til å lage formel (1). Vi fant at dette analytiske uttrykket er en god representasjon av overflatetemperaturene målt av CIRS over Cassini-oppdraget. Standardavviket fra hele datasettet er 0,4 K. Den verste passformen var for 2010-12 (Ls = 26°), som hadde et standardavvik på 0,7 K. vi merker oss at dette var tiden, omtrent to år etter equinox, da dramatiske endringer skjedde globalt i atmosfæren (se For Eksempel Teanby et al. 2012).

Formel (1) oppsummerer sesongmessige trender i overflatetemperaturer. Det nordlige skiftet av topptemperaturen som vi tidligere har rapportert (Jennings et al. 2011, 2016) fortsatte frem til vintersolverv. Breddegraden for maksimal temperatur (senter for nord–sør-symmetri) spores tett det subsolare punktet fra 13 S i 2005 til 24 N i 2017. Vi finner en ikke-nullfaseforskyvning som tilsvarer et lite sesongmessig lag ved equinox, ca 0, 1 Titan måneder. Figur 1 viser at et lite lag er i samsvar MED den ujevne GCM-saken, selv om det ikke er så klart at det er et lag i uniform-saken (se Også Tokano 2019, Figur 3). Vår sesong lag er enig med det som er rapportert Av Janssen et al. (2016) og er også i tråd med observasjonene Av Voyager 1 IRIS nær forrige equinox i 1980 November (Flasar et al. 1981; Courtin & Kim 2002). Et lite lag er i samsvar med den lave termiske tregheten som kreves av overflaten for daglige variasjoner (Cottini et al. 2012). Vår ekvatorial temperatur på 93.5 ± 0.4 K ved equinox (Ls = 0°) er enig Med Voyager IRIS måling, 93 ± 1 K (Courtin & Kim 2002). Fra tidlig til sent i oppdraget falt maksimal amplitude av cosinus med ca 1 K, fra 93,9 til 92,8 K. Den tidsavhengige bredden i formel (1) betyr en «flattning» av temperaturfordelingen da toppen flyttet nordover, dvs.en mer gradvis fall av mot polene. En undersøkelse av målingene og de monterte cosinusene antyder at selv om topptemperaturen gikk ned, var gjennomsnittet av nord-og sørpol temperaturer i hver periode omtrent det samme gjennom alle syv perioder.

vår formel kan brukes til å inspisere endringen i overflatetemperatur på en bestemt breddegrad over to-sesongen. For Eksempel på Huygens landingssted, 10 S, varierte temperaturen fra 93,9 til 92,5 K mellom 2005 og 2017. Fordi topptemperaturen sank da den skiftet nordover, var den halvårlige temperaturvariasjonen sterkt avhengig av breddegrad. Temperaturvariasjonen var størst ved 40 S (93,6-91,7 K), hvor overflaten var relativt tørr, og var minst ved 40 N (92,6-92,7 K), hvor overflatetemperaturene ble moderert av våtere nord (Lora et al. 2015; Tokano 2019). Endringer i overflatekondensasjon må være mye mindre på midten av nord enn på midten av sørlige breddegrader. Ved 40 S mellom vinter og sommer ville damptrykket ha økt med en faktor på 1, 26 for metan og 1, 61 for etan, mens ved 40 N ville de ha variert med bare faktorer på 1, 01 og 1, 03. Enhver nordlig migrasjon av flyktige stoffer mens sør er varmere, vil ikke bli fullstendig omgjort senere i årssyklusen fordi de nordlige temperaturene aldri blir så varme som i sør. Temperaturområdene ved polene var nesten identiske: 91,9–89,8 K ved 80 S og 89,9-91,9 K ved 80 N. begge polene, på sitt kaldeste, nådde trippelpunktene for metan (90,7 K) og etan (90,3 K). Polene kan til tider havne både flytende og faste faser. Samlet sett indikerer våre resultater at den nordlige halvkule presenterer et kjøligere, mer godartet overflatemiljø, i samsvar med opphopningen av kondenserte flyktige stoffer. Vi merker oss At Coustenis et al. (2019) har rapportert at i 2017, i sør nær polen, holdt temperaturen seg lav i stratosfæren ved trykk større enn 0, 5 mbar. Samtidig var forekomsten av stratosfærisk gass betydelig redusert fra det de hadde vært i 2014-2015. Sen høst kan ha vært en periode med økt kondens i atmosfæren og avsetning på overflaten.

våre globale overflatetemperaturer støtter bildet av en nord-sør halvkuleformet asymmetri på Titan, med en generelt kjøligere nord i dagens epoke. Vår avtale med modellprognoser som inkluderer påvirkning av metanhydrologi (Tokano 2019) gir sterk støtte til konklusjonen om at flytende metan, på land og i hav, er mer utbredt på Titans nordlige overflater enn i sør og modererer overflatetemperaturene i nord. I motsetning til nord er det meste av den sørlige halvkule ikke våt hele året. Dette gjør at sør kan være varmere enn nord og vise større temperatursvingninger. Polene derimot deler ikke den halvkuleformede asymmetrien. Minimums-og maksimumstemperaturen på nord-og sørpolen er ganske lik. Dette innebærer at de to polene er både fuktig. Som Demonstrert Av Tokano (2019), er baneeksentrisitet alene ikke nok til å forårsake sterk opphopning av metan på nordpolen på bekostning av sørpolen, og topografi kan spille en viktig rolle i nord–sør-asymmetrien På Titan.