ANGIN TITAN BERTAMBAH CEPAT SEPERTIGA DALAM 27 HARI

Titan, bulan terbesar Saturnus, memiliki atmosfer tebal — 1,45 bar di permukaan — yang terdiri dari sekitar 98% nitrogen dan 2% metana, ditambah seluruh kimia nitril dan hidrokarbon. Ia berputar lambat, sekali setiap 15,9 hari Bumi. Namun atmosfernya mengalami superrotasi: angin mengelilingi seluruh bulan jauh lebih cepat daripada putaran tubuh padatnya.

Angin ini mula-mula disimpulkan secara tidak langsung, lalu dikonfirmasi di bawah 150 km melalui pengukuran Doppler dari misi Cassini–Huygens. Angin ini mencampur zat kimia antara sisi siang dan malam, membantu memerangkap molekul di pusaran kutub musim dingin, dan diduga membentuk bukit pasir organik Titan. Namun mengukurnya di dekat khatulistiwa sulit: metode berbasis peta suhu Cassini tidak berlaku di sana.

Kejutan dari 2016–2017

Pengamatan sebelumnya dengan ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array di Chili, menemukan sesuatu yang tak terduga: antara Agustus 2016 dan Mei 2017, angin khatulistiwa di ketinggian sekitar 1.000 km turun 47%, dari 373 menjadi 196 meter per detik. Model iklim Titan, yang batas atasnya berhenti di sekitar 500 km, tidak menghasilkan perubahan seperti itu.

Martin Cordiner dari Goddard Space Flight Center NASA dan rekan-rekan dari Yale, Bristol, Caltech, Space Telescope Science Institute, serta lembaga lain berupaya mengamati lapisan atmosfer yang lebih rendah dalam jangka waktu yang lebih panjang.

Membaca angin dalam sebuah molekul

Tim mengamati asetonitril (CH₃CN), sebuah molekul di atmosfer Titan, pada lima tanggal baru antara Juni 2022 dan Mei 2023, dan menganalisis ulang dua tanggal arsip dari 2016 dan 2017. Di satu tepi bulan, gas itu bergerak ke arah kita; di tepi lainnya, menjauh. Pergeseran kecil pada frekuensi garis radionya — efek Doppler — memberikan kecepatan angin.

Pengukuran ini paling peka di sekitar ketinggian 250 km, dalam rentang 200 hingga 490 km — stratosfer atas dan mesosfer bawah. Ketujuh tanggal itu mencakup hampir satu musim penuh Titan, dari akhir musim gugur selatan hingga akhir musim dingin selatan.

Cepat dan berubah-ubah

• Angin tercepat selalu berada dalam jarak sekitar 10 derajat dari khatulistiwa, hingga 240 ± 26 m/s pada Agustus 2016.
• Dari 2016 hingga Juni 2022, angin di lintang rendah terus melambat sebesar 46%, menjadi 130 m/s.
• Setelah itu kecepatannya berfluktuasi antara sekitar 130 dan 170 m/s, dengan lonjakan sekitar 40 m/s.
• Antara 12 April dan 9 Mei 2023 — hanya 27 hari Bumi, kurang dari dua hari Titan — kecepatannya naik dari 120 menjadi 159 m/s, peningkatan 33%. Dalam minggu-minggu yang sama, angin di lintang tinggi tetap stabil.

Para penulis menyebut ini deteksi pertama perubahan kuat dan berkelanjutan pada angin khatulistiwa Titan dalam skala waktu sekitar satu bulan atau kurang.

Pada 2022–2023, profil angin juga menunjukkan dua cuping: pita di dekat khatulistiwa dan pita kedua antara 40 dan 60 derajat lintang selatan — arus jet musim dingin yang diprediksi model dan pernah dilihat Cassini.

Apa yang luput dari model

Dua model sirkulasi umum mutakhir, TitanWRF dan TAM, mereproduksi tren musiman yang lambat: penurunan panjang, lalu kenaikan yang lebih moderat. Di lintang tinggi, kecepatan angin mereka berada dalam kisaran sekitar 30% dari hasil pengamatan.

Namun model-model itu menempatkan angin tercepat di lintang tinggi musim dingin, sekitar 40 hingga 50 derajat lintang selatan, dan angin khatulistiwa mereka hingga dua kali terlalu lambat, dengan selisih terbesar di sekitar titik balik matahari. Tidak satu pun menangkap lonjakan mendadak berskala bulanan, setidaknya dalam rata-rata sepuluh tahunnya. Kedua model memberikan hasil yang serupa meskipun hanya TAM yang memasukkan awan dan hujan metana, yang menunjukkan bahwa proses basah tidak banyak berpengaruh di ketinggian ini.

Gelombang di langit yang berputar lambat

Para penulis menduga perubahan mendadak itu berasal dari ketidakstabilan atmosfer. Dalam simulasi, gelombang yang disebut ketidakstabilan Rossby–Kelvin membawa momentum sudut ke arah khatulistiwa dan menggerakkan superrotasi; pelemahan sementara dapat menjelaskan perlambatan mendadak. Di sekitar titik balik matahari, data juga mengisyaratkan adanya perpindahan momentum sudut ke bawah, dari ketinggian yang lebih tinggi ke yang lebih rendah.

Rekomendasi mereka bagi pembuat model: menaikkan batas atas model Titan dari sekitar 500 menjadi sekitar 1.000 km, memperhalus kisi vertikalnya, dan terus mengamati dengan ALMA. Arus jet khatulistiwa yang sangat berubah-ubah di atas bulan yang berputar lambat, catat mereka, adalah kasus uji bagi atmosfer bersuperrotasi lainnya, di Tata Surya dan di luarnya.