Under sitt flyby av Titan 2006 fångade Cassini Space Probe några av de mest detaljerade bilderna av Saturns största måne. Intressant nog liknar dessa molnformationer en stark likhet med de som ses i jordens egen polära stratosfär.
Till skillnad från jordens, består dessa moln helt och hållet av flytande metan och etan. Med tanke på Titans otroligt låga temperaturer - minus 185 ° C (-300 ° F) - är det inte förvånande att en sådan tät atmosfär av flytande kolväten finns eller att metanhav täcker planeten.
Det överraskande är dock det faktum att metankristaller också finns i denna atmosfär. Åtta år efter att fotona från Titans nordpol togs har astronomer kommit fram till att denna region också innehåller spårmängder metanis.
"Tanken på att metanmoln kan bilda detta högt på Titan är helt ny," sa Carrie Anderson, en Cassini-deltagande forskare vid NASA: s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och huvudförfattare till studien. "Ingen ansåg det möjligt innan."
Andra stratosfäriska moln hade redan identifierats på Titan, inklusive etanmoln - en kemikalie som bildades efter metans nedbrytning. Delikata moln av cyanoacetylen och vätecyanid, som bildas från reaktioner av metanbiprodukter med kvävemolekyler, har också hittats där.
Men moln med fryst metan ansågs osannolikt i Titans stratosfär. Eftersom troposfären fångar det mesta av fukten kräver stratosfäriska moln extrem kyla. Till och med stratosfärstemperaturen på minus 203 ° C (-333 ° F), observerad av Cassini strax söder om ekvatorn, var inte tillräckligt kallt för att låta den knappa metan i detta atmosfärregion kondensera till is.
Det Anderson och hennes medförfattare Goddard, Robert Samuelson, noterade är att temperaturen i Titans lägre stratosfär inte är densamma på alla breddgrader. Detta baserades på data hämtade från Cassinis Composite Infrared Spectrometer och rymdfarkostens radiovetenskapliga instrument, som visade att högtemperaturen nära nordpolen var mycket kallare än precis söder om ekvatorn.
Det visar sig att denna temperaturskillnad - så mycket som 6 ° C (11 ° F) - är mer än tillräckligt för att ge metanis.
Andra observationer gjorda av Titans molnsystem stödjer denna slutsats, till exempel hur vissa regioner verkar tätare än andra, och de större partiklar som upptäcks är rätt storlek för metan. De bekräftade också att den förväntade mängden metan - 1,5%, som är tillräckligt för att bilda ispartiklar - finns i den nedre polära stratosfären.
Dessutom bekräftar observationen vissa modeller av hur Titans atmosfär tros fungera.
Enligt denna modell har Titan ett globalt cirkulationsmönster där varm luft på sommarhalvsfärden väl upp från ytan och kommer in i stratosfären och långsamt tar sig till vinterpolen. Där sjunker luftmassan ner och svalnar när den sjunker ned, vilket gör att de stratosfäriska metanmolnen kan bildas.
"Cassini har stadigt samlat bevis på detta globala cirkulationsmönster, och identifieringen av detta nya metanmoln är en annan stark indikator på att processen fungerar som vi tror att den gör," säger Michael Flasar, Goddard-forskare och huvudutredare för Cassinis Composite Infrared Spektrometer (CIRS).
Liksom jordens stratosfäriska moln var Titans metanmoln nära vinterpolen, över 65 grader nordlig latitud. Anderson och Samuelson uppskattar att den här typen av molnsystem - som de kallar fördjupning-inducerade metanmoln (eller kort för SIMC) - kan utvecklas mellan 30 000 till 50 000 meter (98 000 till 164 000 fot) i höjd över Titans yta.
"Titan fortsätter att förvåna med naturliga processer som liknar dem på jorden, men som involverar material som skiljer sig från vårt välkända vatten," säger Scott Edgington, Cassini-vice projektforskare vid NASA: s Jet Propulsion Laboratory (JPL) i Pasadena, Kalifornien. "När vi närmar oss södra vintersolståndet på Titan kommer vi att undersöka ytterligare hur dessa molnbildningsprocesser kan variera med säsongen."
Resultaten av denna studie är tillgängliga online i novemberutgåvan av Icarus.
