Individuate su Titano nuvole stratosferiche di ghiaccio di metano

Pubblicato Domenica, 26 Ottobre 2014 18:08

Scritto da Elisabetta Bonora

Credit: NASA/JPL/University of Arizona/LPGNantes

Inaspettate nuvole ad alta quota di ghiaccio di metano sono state viste otto anni fa, sopra al Polo Nord della grande luna di Saturno, Titano, dalla sonda della NASA Cassini.

La formazione era già stata scoperta tra le immagini della sonda ma solo ora, i ricercatori sono stati in grado di determinarne la composizione.

"L'idea che le nubi di metano potessero formarsi così in alto su Titano è completamente nuova", ha detto Carrie Anderson, scienziato Cassini del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland, autore principale dello studio pubblicato sulla rivista Icarus. "Nessuno lo ha ritenuto possibile prima d'ora", ha aggiunto.

Subsidence-induced methane clouds in Titan’s winter polar stratosphere and upper troposphere [abstract]

Titan’s atmospheric methane most likely originates from lakes at the surface and subsurface reservoirs. Accordingly, it has been commonly assumed that Titan’s tropopause region, where the vertical temperature profile is a minimum, acts as a cold trap for convecting methane, leading to the expectation that the formation of methane clouds in Titan’s stratosphere would be rare. The additional assumption that Titan’s tropopause temperatures are independent of latitude is also required. However, Cassini Composite InfraRed Spectrometer (CIRS) and Radio Science Subsystem (RSS) data sets reveal colder temperatures in Titan’s tropopause region near the winter pole than those at low latitudes and in the summer hemisphere. This, combined with the presence of a cross-equatorial meridional circulation with winter polar subsidence, as suggested by current general circulation models, implies the inevitable formation of Subsidence-Induced Methane Clouds (SIMCs) over Titan’s winter pole. We verified this by retrieving the stratospheric methane mole fraction at 70°N from the strength of the far infrared methane pure rotation lines observed by CIRS and by assuming the RSS-derived thermal profile at 74.1°N. Our retrieved methane mole fraction of 1.50 ± 0.15% allows for methane to condense and form SIMCs at altitudes between ∼48 and ∼20 km. Radiative transfer analyses of a color composite image obtained by the Cassini Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) during northern winter appear to corroborate the existence of these clouds.

La formazione di nuvole di metano era già stata osservata nella troposfera di Titano, lo strato più basso dell'atmosfera.
Come le nubi che portano pioggia e neve sulla Terra, anche quelle della luna di Saturno si formano per un ciclo di condensazione ed evaporazione.

Le formazioni viste dalla Cassini sulla regione polare, invece, si sono sviluppate nella stratosfera, lo strato sopra la troposfera.

La Terra ha le sue nubi stratosferiche polari, che in genere si formano sopra il Polo Nord e il Polo Sud tra tra i 15 e i 25 chilometri, al di sopra della quota di crociera degli aerei, quando le temperature scendono al di sotto dei -78 gradi Celsius.
Su Titano, invece, a quella quota erano state identificate nuvole diffuse di etano ed altre a base di cianoacetilene e acido cianidrico, sottoprodotti delle reazioni tra il metano con le molecole di azoto. Ma la formazione di nubi di metano così in alto è sempre stata ritenute improbabile dato che la maggior parte del vapore è intrappolato dalla troposfera e, in aggiunta, le temperature stratosferiche osservate dalla Cassini appena a sud dell'equatore, non erano abbastanza fredde (-203 gradi Celsiu) per permettere al metano di condensare in ghiaccio.

Ma Anderson e il co-autore del documento, Robert Samuelson, sempre del Goddard, hanno notato che le temperature nella bassa stratosfera di Titano non sono uguali a tutte le latitudini.

I dati del Composite Infrared Spectrometer (CIRS) della Cassini hanno dimostrato, infatti, che le temperature ad alta quota sono molto più fredde sopra al Polo Nord che all'equatore: un differenza di temperatura fino a -12 gradi Celsius, più che sufficiente per produrre ghiaccio di metano.
Ipotesi confermate da altre osservazioni che hanno identificato la presenza di regioni più grumose e dense in questo sistema nuvoloso, formate da particelle delle giuste dimensioni, secondo il team, per essere metano ghicciato. Anche la concentrazione di metano rilevata nella stratosfera inferiore, uno e mezzo per cento, sembra essere sufficiente per formare particelle di ghiaccio.

La formazione di queste nuvole di metano ad alta quota sarebbe guidata da un modello di circolazione globale in cui l'aria calda risale dalla superficie nella stratosfera dai pozzi atmosferici dell'emisfero in estate, lentamente, facendosi strada verso il Polo avvolto dall'inverno. Lì la massa d'aria sprofonda verso il basso, raffreddandosi nella discesa e lasciando metano condensato in ghiaccio a quote stratosferiche.

Come le nuvole stratosferiche della Terra, quella di Titano si erano formata vicino al polo invernale, oltre i 65 gradi di latitudine nord.

Anderson e Samuelson stimano che questo tipo di sistema nuvoloso, che chiamano "subsidence-induced methane clouds" (SIMCs), potrebbe svilupparsi tra i 30 e i 50 chilometri di altitudine al di sopra della superficie di Titano.

"Mentre ci avviciniamo il solstizio d'inverno a sud, continueremo ad esplorare i cambiamenti stagionali", ha detto Scott Edgington, scienziato dela Cassini presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA.

"Titano continua a stupire con i suoi processi naturali così simili a quelli della Terra, ma che coinvolgono elementi diversi dalla nostra familiare acqua".

L'immagine in apertura mostra la formazione nuvolosa ripresa da 90.000 chilometri durante il flyby del 29 dicembre 2006. E' composta da tre scatti: a 2 micron (come blu), 2,7  micron (come verde) e 5 micron (come rosso), rispettivamente.
Il sistema nuvoloso copre il Polo Nord fino ad una latitudine di 62 gradi nord e in tutte le longitudini osservate. 

Note sull'autore

Author: Elisabetta BonoraEmail: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. E' necessario abilitare JavaScript per vederlo.

Sono appassionata di astronomia, spazio, fisica e di tutte le scienze in genere. Aspirante reporter scientifica, ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover della NASA Curiosity su Marte, per condividere in modo semplice e puntuale le notizie più interessanti, pensieri e considerazioni. Per lavoro mi occupo di web e video analytics presso ShinyStat (SV – Italia) e per hobby, da diversi anni, mi dedico ad elaborare le fotografie rilasciate dalle Agenzie Spaziali Internazionali, scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!