टायटनवरचे वारे 27 दिवसांत एक-तृतीयांशाने वेगावले

शनीचा सर्वात मोठा चंद्र टायटन याचे वातावरण दाट आहे — पृष्ठभागावर 1.45 बार — जे सुमारे 98% नायट्रोजन आणि 2% मिथेनचे बनले आहे, आणि त्यासोबत नायट्राइल्स व हायड्रोकार्बनचे संपूर्ण रसायनशास्त्र आहे. तो हळू फिरतो, दर 15.9 पृथ्वी-दिवसांनी एकदा. तरीही त्याचे वातावरण अतिपरिभ्रमण (superrotation) करते: वारे घन गोलाच्या फिरण्यापेक्षा कितीतरी वेगाने संपूर्ण चंद्राभोवती फेऱ्या घालतात.

या वाऱ्यांचा आधी अप्रत्यक्षपणे अंदाज बांधला गेला, आणि मग कॅसिनी–ह्युजेन्स मोहिमेच्या डॉप्लर मोजमापांनी 150 किमीखाली त्यांची पुष्टी झाली. ते दिवस आणि रात्रीदरम्यान रसायने मिसळतात, हिवाळ्यातील ध्रुवीय भोवऱ्यात रेणू अडकवण्यास मदत करतात, आणि टायटनचे सेंद्रिय वाळूचे ढिगारे घडवतात असे मानले जाते. पण विषुववृत्ताजवळ ते मोजणे कठीण आहे: कॅसिनीच्या तापमान-नकाशांवर आधारित पद्धत तिथे निकामी ठरते.

2016–2017 मधील आश्चर्य

चिलीतील ALMA (अटाकामा लार्ज मिलिमीटर/सबमिलिमीटर अॅरे) वापरून केलेल्या आधीच्या निरीक्षणांत काहीतरी अनपेक्षित आढळले होते: ऑगस्ट 2016 ते मे 2017 दरम्यान सुमारे 1,000 किमी उंचीवरचा विषुववृत्तीय वारा 47% ने घसरला, सेकंदाला 373 वरून 196 मीटरवर. ज्यांचा वरचा भाग सुमारे 500 किमीवर थांबतो अशी टायटनची हवामान-प्रारूपे असे चढउतार निर्माण करत नाहीत.

NASA च्या गोडार्ड अंतराळ उड्डाण केंद्रातील मार्टिन कॉर्डिनर (Martin Cordiner) आणि येल, ब्रिस्टल, कॅलटेक, स्पेस टेलिस्कोप सायन्स इन्स्टिट्यूट आणि इतर संस्थांमधील सहकाऱ्यांनी वातावरणाच्या खालच्या थरावर अधिक दीर्घ काळ लक्ष ठेवण्याचे ठरवले.

रेणूमध्ये वारा वाचणे

चमूने टायटनच्या वातावरणातील अॅसिटोनायट्राइल (CH₃CN) या रेणूचे जून 2022 ते मे 2023 दरम्यान पाच नवीन तारखांना निरीक्षण केले, आणि 2016 व 2017 मधील दोन संग्रहित तारखांचे पुनर्विश्लेषण केले. चंद्राच्या एका कडेवर वायू आपल्याकडे येतो; दुसऱ्या कडेवर तो दूर जातो. त्याच्या रेडिओ रेषांच्या वारंवारतेतील सूक्ष्म बदल — डॉप्लर परिणाम — वाऱ्याचा वेग देतो.

मोजमाप सुमारे 250 किमी उंचीभोवती सर्वाधिक संवेदनशील आहे, 200 ते 490 किमी पल्ल्यात — वरचा स्थितांबर आणि खालचा मध्यांबर. सात तारखा जवळपास टायटनचा एक पूर्ण ऋतू व्यापतात, दक्षिणेकडील उशिराच्या शरद ऋतूपासून उशिराच्या हिवाळ्यापर्यंत.

वेगवान, आणि लहरी

सर्वात वेगवान वारे नेहमी विषुववृत्ताच्या सुमारे 10 अंशांच्या आत असतात, ऑगस्ट 2016 मध्ये 240 ± 26 मी/से पर्यंत.
2016 पासून जून 2022 पर्यंत कमी अक्षांशांवरचा वारा सातत्याने 46% ने मंदावला, 130 मी/से पर्यंत.
त्यानंतर तो सुमारे 130 ते 170 मी/से दरम्यान हेलकावत राहिला, सुमारे 40 मी/से च्या उड्यांसह.
12 एप्रिल ते 9 मे 2023 — फक्त 27 पृथ्वी-दिवसांत, म्हणजे दोन टायटन-दिवसांपेक्षा कमी काळात — तो 120 वरून 159 मी/से वर गेला, 33% वाढ. त्याच आठवड्यांत उच्च अक्षांशांवरचे वारे स्थिर राहिले.

लेखक याला टायटनच्या विषुववृत्तीय वाऱ्यांमध्ये सुमारे एक महिना किंवा त्याहून कमी कालमानावर होणाऱ्या तीव्र, चालू बदलांचा पहिला शोध म्हणतात.

2022–2023 मध्ये वाऱ्याच्या रेखाचित्रात दोन फुगवटेही दिसले: विषुववृत्ताजवळचा एक पट्टा आणि 40 ते 60 अंश दक्षिणदरम्यानचा दुसरा पट्टा — प्रारूपे ज्याचे भाकीत करतात आणि कॅसिनीने पाहिलेला हिवाळी जेट-प्रवाह.

प्रारूपांना काय सुटते

TitanWRF आणि TAM ही दोन अत्याधुनिक सामान्य अभिसरण प्रारूपे ऋतूनुसार होणारा मंद कल पुन्हा निर्माण करतात: दीर्घ घसरण, आणि मग अधिक मध्यम वाढ. उच्च अक्षांशांवर त्यांचे वाऱ्याचे वेग निरीक्षणांच्या सुमारे 30% च्या आत येतात.

पण प्रारूपे सर्वात वेगवान वारे हिवाळ्यातील उच्च अक्षांशांवर, सुमारे 40 ते 50 अंश दक्षिणेला दाखवतात, आणि त्यांचे विषुववृत्तीय वारे दुपटीपर्यंत फार मंद असतात, आणि अयनबिंदूच्या (solstice) आसपास ही तफावत सर्वाधिक असते. किमान त्यांच्या दहा-वर्षीय सरासरींमध्ये, कोणतेही प्रारूप महिन्याच्या पातळीवरच्या अचानक उड्या पकडत नाही. केवळ TAM मध्ये मिथेनचे ढग आणि पाऊस समाविष्ट असूनही दोन्ही प्रारूपे सारखेच निकाल देतात, यावरून असे सूचित होते की या उंचींवर दमट प्रक्रियांना फारसे महत्त्व नाही.

हळू फिरणाऱ्या आकाशातील लहरी

लेखक सुचवतात की अचानक बदल वातावरणीय अस्थिरतांमधून येतात. सिम्युलेशनमध्ये रॉस्बी–केल्व्हिन अस्थिरता नावाच्या लहरी कोनीय संवेग विषुववृत्ताकडे वाहून नेतात आणि अतिपरिभ्रमणाला चालना देतात; त्यांचे तात्पुरते कमकुवत होणे अचानक मंदावण्याचे स्पष्टीकरण देऊ शकेल. अयनबिंदूच्या आसपास डेटा कोनीय संवेग खालच्या दिशेने, अधिक उंचीवरून कमी उंचीकडे सरकत असल्याचेही सूचित करतो.

प्रारूपकारांसाठी त्यांची शिफारस: टायटन-प्रारूपांचा वरचा भाग सुमारे 500 वरून सुमारे 1,000 किमीपर्यंत वाढवा, त्यांची उभी जाळी अधिक बारीक करा, आणि ALMA द्वारे लक्ष ठेवणे सुरू ठेवा. ते नमूद करतात की हळू फिरणाऱ्या चंद्रावरचा जोरदार बदलणारा विषुववृत्तीय जेट हा सूर्यमालेतील आणि त्यापलीकडील इतर अतिपरिभ्रमी वातावरणांसाठी एक चाचणी-उदाहरण आहे.