Для этого исследователи изучили данные, собранные «Кассини» за тринадцать лет работы. В распоряжении ученых оказались изображения атмосферы Титана, составленные с помощью инфракрасного спектрометра CIRS, установленного на зонде. Излучение метана (содержание которого в атмосфере составляет около полутора процентов) регистрировалось на волновых числах 1100-1500 обратных сантиметров, излучение следовых газов — на волновых числах 600-1100 обратных сантиметров. Температуру и состав атмосферы ученые определили по спектру излучения с помощью инструмента NEMESIS. Таким образом, им удалось наблюдать этапы формирования вихря, которые включали в себя охлаждение стратосферы, формирование горячей точки около полюса, внезапное охлаждение мезосферы в 2012 году и восстановление температуры к 2016 году. Такой сценарий развития не совпадал с предсказаниями модели общей циркуляции.

Чтобы объяснить расхождение, ученые предложили учесть влияние следовых газов, которые излучают тепло и охлаждают атмосферу Титана. Ранее подобным образом уже объясняли разницу температур на 53° южной и 50° северной широты, замеченную «Вояджером». Кроме того, ученые учли адиабатический разогрев атмосферы и то, что в течение периода наблюдения южное полушарие Титана получало все меньше солнечной энергии из-за наклона оси вращения спутника. Затем они построили математическую модель и численно смоделировали происходящие в атмосфере явления, разбив ее на 49 слоев и взяв концентрации газов из предыдущих работ. 

Результаты моделирования на этот раз совпали с наблюдаемой картиной и позволили выделить три стадии эволюции вихря. На первой стадии уменьшение поступающей от Солнца энергии и длинноволновое излучение молекул, составляющих атмосферу, создает перепад температур, который стягивает воздух к полюсу. Из-за эффекта Кориолиса воздух закручивается, и образуется вихрь. Затем мезосфера обогащается молекулами следовых газов в результате адвекции, что приводит к ее усиленному охлаждению. В частности, в ней образуется циановодородный лед. Наконец, на третьей стадии вихрь стабилизируется, и адиабатическое нагревание снова начинает играть главную роль.

Источник: N+1

Оригинальная статья: https://www.nature.com/articles/s41467-017-01839-z