타이탄의 기후

토성의 가장 큰 위성인 타이탄의 기후는 표면 온도가 훨씬 낮음에도 불구하고 많은 면에서 지구와 비슷하다.그것의 두꺼운 대기, 메탄 비, 그리고 가능한 저온 현상들은 비록 다른 물질들을 가지고 있지만, 훨씬 짧은 1년 동안 지구가 겪은 기후 변화와 유사성을 만들어낸다.

온도

타이탄은 지구가 ^[1]받는 햇빛의 약 1%를 받는다.평균 표면 온도는 약 90.6K(-182.55°C 또는 -296.59°F)^[2]입니다.이 온도에서 물 얼음은 매우 낮은 증기압을 가지고 있기 때문에 대기에 수증기가 거의 없다.그러나 대기 중의 메탄은 타이탄의 표면을 ^[3][4][5]열평형보다 훨씬 더 높은 온도로 유지하는 상당한 온실 효과를 일으킨다.

타이탄 대기의 연무는 태양빛을 우주로 반사시켜 타이탄의 표면을 상층 ^[3]대기보다 훨씬 더 차갑게 만들어 줌으로써 반온실 효과에 기여한다.이것은 부분적으로 온실 온난화를 보상하고, 온실 ^[6]효과만으로 기대할 수 있는 것보다 표면을 약간 더 차갑게 유지합니다.맥케이 외 연구진에 따르면, "타이탄에 대한 온실 효과는 표면 온도를 9K 감소시키는 반면 온실 효과는 표면 온도를 21K 증가시킨다.순효과는 표면온도(94K)가 유효온도 82K보다 12K 더 따뜻하다는 것이다. [즉, 대기가 없을 때 도달하는 평형]"^[3]

계절들

타이탄의 태양에 대한 궤도 기울기는 토성의 축 기울기에 매우 가깝고(약 27°), 타이탄의 궤도에 대한 축 기울기는 0입니다.이것은 들어오는 햇빛의 방향이 거의 전적으로 타이탄의 낮-밤 주기와 토성의 1년 주기에 의해 움직인다는 것을 의미합니다.타이탄의 낮 주기는 15.9일 동안 지속되는데, 이것은 타이탄이 토성 궤도를 도는 데 걸리는 시간입니다.타이탄은 조석적으로 잠겨있기 때문에 타이탄의 같은 부분은 항상 토성을 향하고 있고, 별도의 "달" 주기는 없습니다.

계절적 변화는 토성의 해에 의해 주도된다: 토성이 태양 주위를 도는 데는 약 29.5년이 걸리며, 토성 해의 다른 부분 동안 타이탄의 북반구와 남반구에 다른 양의 햇빛을 노출시킨다.계절적 기상 변화에는 겨울 동안 북반구의 더 큰 탄화수소 호수, 대기 순환 변화로 인한 분점 주변의 안개 감소, 남극 ^[7][8]지역의 관련 얼음 구름이 포함된다.마지막 분분은 2009년 8월 11일에 일어났는데, 이것은 북반구의 춘분점이었고, 이것은 남반구가 햇빛을 덜 받고 ^[9]겨울로 이동하고 있다는 것을 의미한다.

표면 바람은 일반적으로 낮습니다(초속 1m 미만).최근의 컴퓨터 시뮬레이션에 따르면 적도 지역의 대기권에서 비처럼 그을린 거대한 모래 언덕은 타이탄이 분분에 ^[10]있을 때만 15년마다 발생하는 희귀한 폭풍우에 의해 형성될 수 있다.폭풍은 강한 하강 기류를 만들어 지표에 도달하면 초당 10미터의 속도로 동쪽으로 흐른다.타이탄 북반구의 이른 봄과 맞먹는 2010년 말, 타이탄의 적도 사막 ^[11]지역에서 일련의 메탄 폭풍이 관측되었다.

토성 궤도의 이심률 때문에 타이탄은 남반구 여름 동안 태양에 약 12% 가까이 접근하여 남반구의 여름은 짧지만 북반구 여름보다 덥습니다.이러한 비대칭성은 반구 사이의 위상적인 차이에 기여할 수 있다 - 북반구는 훨씬 더 많은 탄화수소 ^[12]호수를 가지고 있다.타이탄의 호수는 파도나 잔물결이 거의 없는 평온한 편이지만, 카시니 호수는 북반구 여름 동안 난기류가 증가하는 증거를 발견했고, 이는 티타니아 ^[13]해의 특정 시기에 표면 바람이 강해질 수 있다는 것을 암시한다.파도와 잔물결도 카시니에 ^[14]의해 목격되었다.

메탄 비와 호수

호이겐스 탐사선의 발견은 타이탄의 대기가 주기적으로 액체 메탄과 다른 유기 화합물을 달 표면에 ^[15]쏟아붓는다는 것을 보여준다.2007년 10월 관측자들은 적도 사나두 지역 상공의 구름에서 명백한 불투명도가 증가하여 "메탄 가랑비"를 암시하는 것에 주목했다. 그러나 이는 ^[16]비에 대한 직접적인 증거는 아니었다.하지만 타이탄 남반구에 있는 호수들의 1년 이상 찍은 그 이후의 사진들은 그것들이 계절적인 탄화수소 ^[5][17]강우에 의해 확대되고 채워진다는 것을 보여준다.타이탄 표면의 일부가 톨린 층으로 덮여 있을 가능성이 있지만,^[18] 이것은 확인되지 않았다.비가 내린다는 것은 타이탄이 지구를 제외하고 무지개가 형성될 수 있는 유일한 태양계 천체일 수도 있다는 것을 보여준다.그러나 대기의 가시광선에 대한 극도의 불투명도를 고려할 때 무지개의 대부분은 ^[19]적외선에서만 볼 수 있을 것이다.

타이탄의 남극 근처에서 볼 수 있는 메탄 호수의 수는 북극 근처에서 관측된 수보다 확실히 적다.현재 남극은 여름이고 북극은 겨울이기 때문에 메탄은 겨울에 극지에 쏟아지고 여름에는 ^[20]증발한다는 가설이 대두되고 있다.쾰른 대학의 Tetsuya Tokano의 논문에 따르면, 이 증발에 의해 몰아쳐져 비를 동반한 사이클론과 최대 20m/s(45mph)의 강풍이 북반구(Kraken Mare, Ligeia Mare, Punga Mare)에서만 최대 10일간 ^[21]지속될 것으로 예상된다.계산 결과, 대부분의 호수가 거주하는 북반구가 긴 지상의 여름으로 접어들면 풍속이 3km/h로 증가하여 ^[22]파도를 일으킬 수 있는 수준까지 증가할 수 있다.2014년부터 카시니 레이더와 시각 및 적외선 매핑 분광계에 의해 여러 차례 파동이 관측되었으며, 이는 여름^[23][24] 바람이나 ^[25][26]조류에서 발생한 것으로 보인다.

순환

호이겐스가 하강하는 동안 찍은 풍속 데이터에 기초한 지구풍 패턴의 시뮬레이션은 타이탄의 대기가 하나의 거대한 해들리 세포에서 순환한다는 것을 시사했다.따뜻한 가스는 호이겐스가 하강하는 동안 여름을 겪었던 타이탄의 남반구에서 상승하여 북반구에서 가라앉고, 그 결과 남반구에서 북반구로 고공의 가스가 흐르고 북반구에서 저공의 가스가 흐른다.이렇게 큰 해들리 세포는 ^[27]타이탄과 같이 천천히 회전하는 세계에서만 가능하다.극에서 극으로 부는 바람 순환 셀은 성층권에 중심을 두고 있는 것으로 보인다. 시뮬레이션 결과 타이탄의 1년(지상 30년)^[28]에 걸쳐 12년마다 3년의 전환 기간을 두고 바뀌어야 한다.이 셀은 지구 저압 대역을 생성하며, 이는 사실상 지구의 열대간 수렴대(ITCZ)의 변화이다.하지만 바다가 ITCZ를 열대지방으로 제한하는 지구와는 달리 타이탄에서는 메탄 비구름을 동반하면서 한 극에서 다른 극으로 떠돌아다닌다.이것은 타이탄이 혹한의 온도에도 불구하고 열대성 ^[29]기후를 가지고 있다고 말할 수 있다는 것을 의미한다.

2012년 6월, 카시니호는 타이탄 남극에 회전하는 극 소용돌이를 촬영했는데, 영상촬영팀은 2004년 탐사선이 도착한 이후 북극 상공에 짙은 고공의 안개 지역인 "북극 후드"와 관련이 있다고 믿고 있다.2009년 춘분점 이후 반구가 계절을 바꾸고 있어 남극은 겨울로, 북반구는 여름으로 접어들면서 이 소용돌이가 새로운 남극 ^[30][31]후드의 형성을 나타낼 수 있다는 가설이 있다.

구름

아마도 메탄, 에탄, 또는 다른 단순한 유기물로 구성된 타이탄의 구름은 흩어지고 변화하며, 전체적인 ^[32]안개를 뚫는다.

2006년 9월, 카시니는 타이탄의 북극 상공에서 40킬로미터 높이의 큰 구름을 촬영했다.메탄은 타이탄의 대기에서 응축되는 것으로 알려져 있지만, 검출된 입자의 크기가 1-3 마이크로미터에 불과하고 에탄도 이 고도에서 동결될 수 있기 때문에 구름은 에탄일 가능성이 더 높다.12월에 카시니는 구름 덮개를 다시 관찰했고 메탄, 에탄 그리고 다른 유기물들을 발견했다.이 구름은 지름이 2400km가 넘었고 한 달 뒤 이어진 통과 과정에서도 여전히 볼 수 있었다.한 가지 가설은 현재 북극에 비가 오고 있다는 것이다. 북반구 고위도의 하강 기류는 유기 입자를 지표로 몰고 올 정도로 강하다.이것들은 ^[33]타이탄에서 오랜 시간 동안 "방법론적인" 주기(지구 수문학적 주기와 유사성은 지구의 수문학적 순환과 유사하다.

구름은 또한 남극 지역에서도 발견되었다.일반적으로 타이탄 원반의 1%를 덮고 있지만, 구름이 빠르게 8%까지 확대되는 폭발적 현상이 관찰되었습니다.한 가설은 남쪽 구름이 지구의 여름 동안 높아진 햇빛 수위가 대기를 상승시켜 대류를 일으킬 때 형성된다고 주장한다.이 설명은 하지 후뿐만 아니라 봄 중반에도 구름 형성이 관측된다는 사실로 인해 복잡하다.남극의 메탄 습도 증가는 구름의 ^[34]크기가 급격히 증가하는 원인이 될 수 있다.타이탄의 남반구는 2010년까지 여름이 있었는데, 그 때 달의 움직임을 지배하는 토성의 궤도가 북반구를 ^[27]태양 쪽으로 기울였다.계절이 바뀌면 ^[35]에탄은 남극 상공에서 응축되기 시작할 것으로 예상된다.

관측 결과와 잘 일치하는 연구 모델에 따르면 타이탄 성단의 구름은 선호하는 좌표에 있으며 구름 커버는 위성의 다른 부분의 표면으로부터의 거리에 따라 달라집니다.극지방(위도 60도 이상)에서는 대류권 안팎에 퍼지고 영구적인 에탄구름이 나타난다. 저위도에서는 주로 메탄구름이 15~18km 사이에서 발견되며 산발적이고 국지적이다.여름 반구에서는 빈번하고 두껍지만 산발적인 메탄 구름이 40°^[28] 안팎으로 모여드는 것으로 보인다.

또한 지상 관측을 통해 구름 커버의 계절적 변동을 확인할 수 있습니다.토성의 30년 궤도에 걸쳐 타이탄의 구름계는 25년 동안 나타났다가 4년에서 5년 동안 희미해진 후 ^[33]다시 나타나는 것으로 보인다.

카시니는 또한 타이탄 ^[37]대기 상층부에서 메탄으로 형성된 것으로 보이는 고공의 흰색 서커스 형태의 구름을 발견했다.

타이탄에서 번개 활동의 증거가 아직 관찰되지 않았지만, 컴퓨터 모델에 따르면 달의 대류권 하부에 있는 구름은 ^[38]약 20km의 고도에서 번개를 발생시킬 만큼 충분한 전하를 축적할 수 있다.타이탄 대기권에 번개가 치는 것은 유기물 생산에 유리할 것이다.카시니는 타이탄의 ^[39]대기에서 번개를 감지하지 못했지만,^[40] 번개가 너무 약해서 감지할 수 없다면 여전히 존재할 수 있었다.최근의 컴퓨터 시뮬레이션에 따르면 특정 상황에서는 ^[41]타이탄에서 번개 방전의 초기 단계가 형성될 수 있다.

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