土卫六的风在27天内加速三分之一

土星最大的卫星土卫六（泰坦）拥有浓厚的大气——地表气压1.45巴——其成分约为98%的氮和2%的甲烷，此外还有一整套腈类和碳氢化合物化学。它自转很慢，每15.9个地球日转一圈。然而，它的大气却在超级旋转：风绕着整颗卫星吹，速度远快于固体本体的自转。

这些风最初是间接推断出来的，后来卡西尼–惠更斯任务的多普勒测量在150公里以下证实了它们的存在。它们在昼夜之间混合化学物质，帮助把分子困在冬季极地涡旋中，并被认为塑造了土卫六的有机沙丘。但在赤道附近测量这些风很困难：基于卡西尼温度图的方法在那里失效。

2016–2017年的意外

此前利用智利的阿塔卡马大型毫米/亚毫米波阵列（ALMA）进行的观测发现了出人意料的情况：2016年8月至2017年5月间，约1000公里高度处的赤道风速下降了47%，从每秒373米降至196米。土卫六的气候模型顶层止于约500公里，无法产生这样的剧烈波动。

NASA戈达德太空飞行中心的马丁·科迪纳（Martin Cordiner）与来自耶鲁大学、布里斯托大学、加州理工学院、太空望远镜科学研究所等机构的同事，着手在更长的时间内观察大气中较低的一层。

团队在2022年6月至2023年5月间的五个新日期观测了土卫六大气中的一种分子——乙腈（CH₃CN），并重新分析了2016年和2017年的两个存档日期的数据。在卫星的一侧边缘，气体朝我们而来；在另一侧，则远离我们而去。其射电谱线频率的微小偏移——即多普勒效应——给出了风速。

这一测量在约250公里高度最为灵敏，覆盖200至490公里的范围——即平流层上部和中间层下部。七个日期几乎横跨土卫六的一整个季节，从南半球晚秋到南半球晚冬。

最快的风始终位于赤道两侧约10度以内，2016年8月最高达每秒240 ± 26米。
从2016年到2022年6月，低纬度风速稳步下降了46%，降至每秒130米。
此后它在每秒约130至170米之间波动，跳变幅度约为每秒40米。
在2023年4月12日至5月9日之间——仅27个地球日，不到两个土卫六日——风速从每秒120米升至159米，增加了33%。在同样的几周里，高纬度的风则保持稳定。

作者称，这是首次探测到土卫六赤道风在约一个月或更短的时间尺度上持续发生强烈变化。

在2022–2023年，风速剖面还呈现出两个瓣：一个近赤道带，以及位于南纬40度至60度之间的第二个带——这正是模型预测、卡西尼也曾观测到的冬季急流。

两个最先进的大气环流模型TitanWRF和TAM再现了缓慢的季节性趋势：长期下降，然后是较温和的上升。在高纬度地区，它们的风速与观测值相差约30%以内。

但这些模型把最快的风放在冬季高纬度地区，大约南纬40度至50度，而它们的赤道风速慢了多达一半，在至点前后差距最大。至少在十年平均结果中，两个模型都没有捕捉到月尺度的突然跳变。尽管只有TAM包含了甲烷云和降雨，两个模型给出的结果却相似，这表明湿过程在这些高度上影响不大。

作者认为，这些突然的变化来自大气不稳定性。在模拟中，一种被称为罗斯贝–开尔文不稳定性的波会把角动量输送到赤道并驱动超级旋转；其暂时减弱可以解释风速的突然下降。在至点前后，数据还暗示角动量正在向下移动，从较高高度传到较低高度。

他们给建模者的建议是：把土卫六模型的顶层从约500公里提高到约1000公里，细化垂直网格，并继续用ALMA进行观测。他们指出，在一颗缓慢自转的卫星上空出现强烈多变的赤道急流，可以作为太阳系内外其他超级旋转大气的检验案例。