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Titan (L): NASA/JPL/U. of Ariz./LPGNantes <br /> Earth (R): NASA/GSFC/M. Schoeberl
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Titan Earth PolarClouds 20141024, Methane, Titan (moon)
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Titan Earth PolarClouds 20141024, '''NASA Identifies Ice Cloud Above Cruising Altitude on Titan''' - This cloud in the stratosphere over Titan’s north pole (left) is similar to Earth’s polar stratospheric clouds (right). NASA scientists found that Titan’s cloud contains methane ice, which was not previously thought to form in that part of the atmosphere. Cassini first spotted the cloud in 2006.

Description:
NASA scientists have identified an unexpected high-altitude methane ice cloud on Saturn's moon Titan that is similar to exotic clouds found far above Earth's poles.

This lofty cloud, imaged by NASA's Cassini spacecraft, was part of the winter cap of condensation over Titan's north pole. Now, eight years after spotting this mysterious bit of atmospheric fluff, researchers have determined that it contains methane ice, which produces a much denser cloud than the ethane ice previously identified there.

"The idea that methane clouds could form this high on Titan is completely new," said Carrie Anderson, a Cassini participating scientist at NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, and lead author of the study. "Nobody considered that possible before."

Methane clouds were already known to exist in Titan's troposphere, the lowest layer of the atmosphere. Like rain and snow clouds on Earth, those clouds form through a cycle of evaporation and condensation, with vapor rising from the surface, encountering cooler and cooler temperatures and falling back down as precipitation. On Titan, however, the vapor at work is methane instead of water.

The newly identified cloud instead developed in the stratosphere, the layer above the troposphere. Earth has its own polar stratospheric clouds, which typically form above the North Pole and South Pole between 49,000 and 82,000 feet (15 to 25 kilometers) -- well above cruising altitude for airplanes. These rare clouds don't form until the temperature drops to minus 108 degrees Fahrenheit (minus 78 degrees Celsius).

Other stratospheric clouds had been identified on Titan already, including a very thin, diffuse cloud of ethane, a chemical formed after methane breaks down. Delicate clouds made from cyanoacetylene and hydrogen cyanide, which form from reactions of methane byproducts with nitrogen molecules, also have been found there.

But methane clouds were thought unlikely in Titan's stratosphere. Because the troposphere traps most of the moisture, stratospheric clouds require extreme cold. Even the stratosphere temperature of minus 333 degrees Fahrenheit (minus 203 degrees Celsius), observed by Cassini just south of the equator, was not frigid enough to allow the scant methane in this region of the atmosphere to condense into ice.

What Anderson and her Goddard co-author, Robert Samuelson, noted is that temperatures in Titan's lower stratosphere are not the same at all latitudes. Data from Cassini's Composite Infrared Spectrometer and the spacecraft's radio science instrument showed that the high-altitude temperature near the north pole was much colder than that just south of the equator.

It turns out that this temperature difference -- as much as 11 degrees Fahrenheit (6 degrees Celsius) -- is more than enough to yield methane ice.

Other factors support the methane identification. Initial observations of the cloud system were consistent with small particles composed of ethane ice. Later observations revealed some regions to be clumpier and denser, suggesting that more than one ice could be present. The team confirmed that the larger particles are the right size for methane ice and that the expected amount of methane -- one-and-a-half percent, which is enough to form ice particles -- is present in the lower polar stratosphere.

The mechanism for forming these high-altitude clouds appears to be different from what happens in the troposphere. Titan has a global circulation pattern in which warm air in the summer hemisphere wells up from the surface and enters the stratosphere, slowly making its way to the winter pole. There, the air mass sinks back down, cooling as it descends, which allows the stratospheric methane clouds to form.

"Cassini has been steadily gathering evidence of this global circulation pattern, and the identification of this new methane cloud is another strong indicator that the process works the way we think it does," said Michael Flasar, Goddard scientist and principal investigator for Cassini's Composite Infrared Spectrometer (CIRS).

Like Earth's stratospheric clouds, this methane cloud was located near the winter pole, above 65 degrees north latitude. Anderson and Samuelson estimate that this type of cloud system -- which they call subsidence-induced methane clouds, or SIMCs for short -- could develop between 98,000 to 164,000 feet (30 to 50 kilometers) in altitude above Titan's surface.

"Titan continues to amaze with natural processes similar to those on the Earth, yet involving materials different from our familiar water," said Scott Edgington, Cassini deputy project scientist at NASA's Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, California. "As we approach southern winter solstice on Titan, we will further explore how these cloud formation processes might vary with season."

The results of this study are available online in the journal Icarus.
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タイタン 地球 極雲 2014年1024年、メタン、タイタン(月)
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タイタン 地球 極雲 20141024、「NASA タイタンのアルティチュードの上に氷雲があると識別する」-タイタンの北極上空の成層圏にあるこの雲(左)は地球の極地層表層雲(右)に似ている。NASAの科学者はタイタンの雲にはメタン氷が含まれていることを発見したが、これは以前は大気のその部分に形成されるとは考えられていなかった。カッシーニは2006年に初めて雲を発見した。説明: NASAの科学者は、土星の衛星タイタンの予想外の高高度メタン氷雲が地球の極よりはるかに上にあるエキゾチッククラウドに似ていることを特定した。NASAのカッシーニ宇宙船によって撮影されたこの低層雲は、タイタンの北極上空の凝縮の冬の岬の一部だった。この謎の微小な大気フラッフを発見した8年後、研究者たちはメタン氷が含まれていると判断し、それまでに確認されたエタン氷よりもはるかに密度の高い雲を生成する。「メタン雲がタイタンの高層に形成されるという考えは完全に新しい」と、メリーランド州グリーンベルトにあるNASAのゴダード宇宙飛行センターに参加し、研究の主導的な著者であるキャリー・アンダーソンは述べた。「そんなことは以前誰も考えていなかった」。タイタンの対流圏には、大気の最低層であるメタン雲が存在することがすでに知られていた。地球上の雨や雪雲のように、これらの雲は蒸発と凝縮のサイクルを通じて形成され、表面から蒸気が上昇し、より涼しくより涼しい温度に遭遇し、降水として後退する。しかし、タイタンでは、作業中の蒸気は水ではなくメタンです。新しく確認された雲は、対流圏の上にある層である成層圏で発達した。地球には独自の極地層表雲があり、典型的には北極と南極の上空で形成される。これらの希少な雲は、温度がマイナス108度まで低下するまで形成されない。タイタンでは、メタンが分解した後で形成された化学物質であるエタンの非常に薄く拡散した雲など、他の成層圏雲がすでに確認された。シアノアセチレンとシアン化水素から作られた繊細な雲も見つかっており、これは窒素分子とのメタン副産物の反応から生じる。しかし、タイタンの成層圏ではメタン雲はありそうもないと考えられていた。対流圏は水分の大部分を吸収するため、成層圏の雲は極度の低温を必要とする。赤道のすぐ南でカッシーニが観測した、黄道333度未満の成層圏温度でも、大気のこの領域のスキャトメタンは氷に凝縮するのに十分なほど硬いものではなかった。アンダーソンとゴダードの共同著者であるロバート・サミュエルソンは、タイタンの下層成層圏の気温がすべての緯度で同じではないことを指摘した。カッシーニの複合赤外分光計と宇宙船の無線科学機器からのデータは、北極付近の高高度温度が赤道のすぐ南よりもはるかに冷たいことを示していた。この温度差は11度にも達する。他の要因はメタンの同定に有意である。雲系の初期観測では、エタン氷からなる小さな粒子と一致していた。その後の観測で、いくつかの地域はより狭く密度の高い地域であることが明らかになり、複数の氷が存在する可能性が示唆された。チームは、より大きな粒子がメタン氷の適切なサイズであり、予想される量のメタンが氷の粒子を形成するのに十分な量であるを確認し、低極性層に存在している。これらの高高度雲を形成するメカニズムは、対流圏で起こるものと異なるように見える。タイタンは、夏半球の暖かい空気が地表から井戸を掘り、成層圏に入り、冬の極までゆっくりと進む地球循環パターンを持っている。そこでは、気団が下降するにつれて冷却されて逆沈みし、成層圏のメタン雲の形成を可能にする。「カッシーニはこのグローバル循環パターンの証拠を着実に集めており、この新しいメタン雲の識別は、プロセスが私たちが考えている方法をうまく利用するもう一つの強力な指標である」と、カッシーニの複合赤外分光計の主任研究者であるゴダードの科学者であるマイケル・フレイザーは述べている。地球の成層圏の雲と同様に、このメタン雲は北緯65度を超える冬の極の近くにあった。アンダーソンとサミュエルソンは、沈下誘発性メタン雲、またはSIMCと呼ばれるこの種の雲系は、タイタンの表面上の高度で98,000〜164,000フィート(30〜50キロ)の間を発達する可能性があると推定している。「タイタンは地球上のものと同様の自然プロセスに驚き続けているが、私たちのおなじみの水とは異なる材料が含まれている」と、カリフォルニア州パサデナにあるNASAのジェット推進研究所のカッシーニ副プロジェクト科学者であるスコット・エディントンは述べている。「タイタンで南の冬至に近づくにつれて、これらの雲の形成過程が季節によってどのように変化するかをさらに探ります。」この研究の結果は、Icarusジャーナルでオンラインで入手できる。
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