رياح تيتان تتسارع بمقدار الثلث في 27 يومًا
يمتلك تيتان، أكبر أقمار زحل، غلافًا جويًا كثيفًا — 1.45 بار عند السطح — يتألف من نحو 98% نيتروجين و2% ميثان، إضافة إلى كيمياء كاملة من النتريلات والهيدروكربونات. وهو يدور ببطء، مرة كل 15.9 يومًا أرضيًا. ومع ذلك فإن غلافه الجوي في حالة دوران فائق: إذ تطوف الرياح حول القمر كله بسرعة تفوق بكثير دوران الجسم الصلب.
استُنتجت هذه الرياح في البداية بشكل غير مباشر، ثم أكدتها تحت ارتفاع 150 كم قياساتُ دوبلر التي أجرتها مهمة كاسيني–هويغنز. وهي تمزج المواد الكيميائية بين النهار والليل، وتساعد على حبس الجزيئات في الدوامة القطبية الشتوية، ويُعتقد أنها تشكّل الكثبان العضوية على تيتان. لكن قياسها قرب خط الاستواء صعب: فالطريقة المعتمدة على خرائط الحرارة من كاسيني تنهار هناك.
مفاجأة من 2016–2017
كانت أرصاد سابقة باستخدام ALMA، مصفوفة أتاكاما الكبيرة للموجات المليمترية ودون المليمترية في تشيلي، قد وجدت أمرًا غير متوقع: بين أغسطس 2016 ومايو 2017، انخفضت الرياح الاستوائية قرب ارتفاع 1,000 كم بنسبة 47%، من 373 إلى 196 مترًا في الثانية. ونماذج المناخ الخاصة بتيتان، التي يتوقف سقفها عند نحو 500 كم، لا تُنتج تقلبات كهذه.
وانطلق مارتن كوردينر من مركز غودارد لرحلات الفضاء التابع لناسا، مع زملاء من ييل وبريستول وكالتك ومعهد علوم تلسكوب الفضاء ومؤسسات أخرى، لمراقبة طبقة أدنى من الغلاف الجوي على مدى زمني أطول.
قراءة الريح في جزيء
رصد الفريق الأسيتونتريل (CH₃CN)، وهو جزيء في غلاف تيتان الجوي، في خمسة تواريخ جديدة بين يونيو 2022 ومايو 2023، وأعاد تحليل تاريخين أرشيفيين من 2016 و2017. فعلى إحدى حافتي القمر يقترب الغاز منا، وعلى الأخرى يبتعد. والانزياح الضئيل في تردد خطوطه الراديوية — أي تأثير دوبلر — يعطي سرعة الريح.
يكون القياس أشد حساسية قرب ارتفاع 250 كم، ضمن نطاق 200 إلى 490 كم — أي الستراتوسفير العلوي والميزوسفير السفلي. وتغطي التواريخ السبعة فصلًا كاملًا تقريبًا من فصول تيتان، من أواخر الخريف الجنوبي إلى أواخر الشتاء الجنوبي.
سريعة ومتقلبة
- تقع أسرع الرياح دائمًا ضمن نحو 10 درجات من خط الاستواء، وقد بلغت 240 ± 26 م/ث في أغسطس 2016.
- من 2016 حتى يونيو 2022، تباطأت رياح خطوط العرض المنخفضة باطّراد بنسبة 46%، إلى 130 م/ث.
- ثم تذبذبت بين نحو 130 و170 م/ث، بقفزات تقارب 40 م/ث.
- بين 12 أبريل و9 مايو 2023 — في 27 يومًا أرضيًا فقط، أي أقل من يومين على تيتان — ارتفعت من 120 إلى 159 م/ث، بزيادة 33%. وخلال الأسابيع نفسها، بقيت رياح خطوط العرض العليا ثابتة.
ويعدّ المؤلفون ذلك أول رصد لتغيرات قوية ومستمرة في رياح تيتان الاستوائية على مقاييس زمنية تبلغ نحو شهر أو أقل.
وفي 2022–2023 أظهر مقطع الرياح أيضًا فصّين: نطاقًا قريبًا من خط الاستواء، ونطاقًا ثانيًا بين خطَّي العرض 40 و60 جنوبًا — وهو التيار النفاث الشتوي الذي تتنبأ به النماذج والذي رصدته كاسيني.
ما تغفله النماذج
يعيد نموذجان حديثان للدوران العام، هما TitanWRF وTAM، إنتاج الاتجاه الموسمي البطيء: الانخفاض الطويل، ثم ارتفاعًا أكثر اعتدالًا. وعند خطوط العرض العليا، تقترب سرعات الرياح فيهما من الأرصاد بفارق نحو 30%.
لكن النموذجين يضعان أسرع الرياح عند خطوط العرض العليا الشتوية، نحو 40 إلى 50 درجة جنوبًا، ورياحهما الاستوائية أبطأ بما يصل إلى النصف، ويكون الفارق في أقصاه قرب الانقلاب. ولا يلتقط أيٌّ منهما القفزات المفاجئة على مقياس الشهر، على الأقل في متوسطاتهما العشرية. ويعطي النموذجان نتائج متشابهة رغم أن TAM وحده يتضمن سحب الميثان وأمطاره، ما يشير إلى أن العمليات الرطبة قليلة الأهمية عند هذه الارتفاعات.
أمواج في سماء بطيئة الدوران
يقترح المؤلفون أن التغيرات المفاجئة ناتجة عن عدم استقرار جوي. ففي المحاكاة، تنقل أمواجٌ تُسمى حالات عدم استقرار روسبي–كلفن الزخمَ الزاوي نحو خط الاستواء وتحرّك الدوران الفائق؛ وقد يفسر ضعفها المؤقت تباطؤًا مفاجئًا. وقرب الانقلاب، تلمّح البيانات أيضًا إلى انتقال الزخم الزاوي إلى الأسفل، من ارتفاعات أعلى إلى أخرى أدنى.
وتوصيتهم لواضعي النماذج: رفع سقف نماذج تيتان من نحو 500 إلى نحو 1,000 كم، وتدقيق شبكتها الرأسية، ومواصلة المراقبة باستخدام ALMA. ويشيرون إلى أن تيارًا نفاثًا استوائيًا شديد التغير فوق قمر بطيء الدوران يمثل حالة اختبار لأغلفة جوية أخرى فائقة الدوران، داخل النظام الشمسي وخارجه.