Titano: violente tempeste di metano risolverebbero il mistero delle dune

Con la sua spessa atmosfera, fiumi, laghi, montagne e dune, Titano, il satellite maggiore di Saturno, è il luogo più simile alla Terra in tutto il Sistema Solare. La sonda della NASA Cassini, nel corso della sua gloriosa missione, ha aiutato a svelare molti segreti di questo incredibile mondo ma inevitabilmente, con le nuove scoperte sono arrivati anche nuovi misteri. Uno di questi riguarda le dune nella fascia equatoriale della luna.

Le dune su Titano sono simili nella forma alle dune lineari trovate sulla Terra in Namibia o nella penisola araba ma a confronto sono gigantesche per i nostri standard, larghe in media tra 1 e 2 chilometri, lunghe un centinaio di chilometri ed alte 100 metri.
Il problema è che per creare dune di tali dimensioni, sarebbero necessari venti molto forti ma i modelli climatici di Titano indicano appena una leggera brezza in prossimità della superficie. A questo si aggiunge il fatto che tali venti soffiano prevalentemente da est ad ovest mentre le dune sono orientate tutte verso est.
Coprono circa il 13% della superficie della superficie della luna di Saturno, una caratteristica piuttosto importante per rimanere senza spiegazione.

La loro direzione è stata a volte attribuita agli effetti gravitazionali delle forze di marea che si generano quando Titano orbita intorno a Saturno, o alle caratteristiche del terreno o alla dinamica del vento ma nessuna teoria ha fornito finora una valida interpretazione per loro direzione (ne avevo parlato in un post precedente).

Ora, secondo una nuova ricerca, guidata dall'astronomo Benjamin Charnay dell'Università di Washington, pubblicata sulla rivista Nature Geoscience, responsabili del fenomeno sarebbero violente e dense tempeste di metano nell'alta atmosfera di Titano.

Methane storms as a driver of Titan's dune orientation [abstract]

The equatorial regions of Saturn's moon Titan are covered by linear dunes that propagate eastwards. Global climate models (GCMs), however, predict westward mean surface winds at low latitudes on Titan, similar to the trade winds on Earth. This apparent contradiction has been attributed to Saturn's gravitational tides, large-scale topographyand wind statistics, but none of these hypotheses fully explains the global eastward propagation of dunes in Titan's equatorial band. However, above altitudes of about 5 km, Titan's atmosphere is in eastward super-rotation, suggesting that this momentum may be delivered to the surface. Here we assess the influence of equatorial tropical methane storms-which develop at high altitudes during the equinox-on Titan's dune orientation, using mesoscale simulations of convective methane clouds with a GCM wind profile that includes super-rotation. We find that these storms produce fast eastward gust fronts above the surface that exceed the normal westward surface winds. These episodic gusts generated by tropical storms are expected to dominate aeolian transport, leading to eastward propagation of dunes. We therefore suggest a coupling between super-rotation, tropical methane storms and dune formation on Titan. This framework, applied to GCM predictions and analogies to some terrestrial dune fields, explains the linear shape, eastward propagation and poleward divergence of Titan's dunes, and implies an equatorial origin of dune sand.

Usando simulazioni al computer, Charnay e colleghi ipotizzano che la direzione delle dune su Titano sia definita da rare tempeste di metano che si verificherebbero, a quote elevate, solo durante l' equinozio, ossia quando notte e giorno hanno la stessa durata sulla luna, cioè ogni 14,75 anni circa.
Tali eventi produrrebbero raffiche verso est con velocità di 10 metri al secondo che, confrontate con la nostra bora triestina, che può raggiungere i 50 metri al secondo, sembrano solo un lieve venticello ma, soffierebbero in realtà circa 10 volte più veloci della solita brezza che tira vicino alla superficie della luna in direzione ovest.
La Cassini, quindi, starebbe osservando ancora gli effetti lasciati dall'ultimo equinozio che si è verificato nel 2009.

Il meccanismo potrebbe essere aiutato dal fatto che l'atmosfera di Titano è in super-rotazione (come quella di Venere) a circa 8 chilometri sopra la superficie, il che significa che ruota molto più velocemente della superficie stessa.

Secondo Charnay, il modello suggerisce che queste tempeste "producono forti correnti discendenti, che scorrono verso est quando raggiungono la superficie" e riordinando le dune.

Le dune in questione, lineari e parallele all'equatore di Titano, non sono probabilmente composte da silicati come la sabbia terrestre, ma di polimeri idrocarburici, una sorta di fuliggine derivante dalla decomposizione del metano nell'atmosfera e, naturalmente, forma e direzione potrebbe dipendere anche dal diverso materiale.

In uno studio precedente, pubblicato su Nature l'8 dicembre 2014, un team guidato dallo scienziato planetario Devon Burr della University of Tennessee di Knoxville, descrive gli esperimenti in una galleria del vento che simula le condizioni di Titano di bassa gravità e spessa atmosfera. La squadra aveva constatato che il vento su Titano deve soffiare almeno il 50% più veloce di quanto si pensasse per spostare la sabbia. Tale misura per Charnay non è altro che una conferma per la sua simulazione: "ciò significa che solo i venti veloci trasportano la sabbia su Titano e questo è compatibile con la nostra ipotesi di forti raffiche in tempeste che controllano l'orientamento e la propagazione di dune".

Le osservazioni dirette della Cassini sarebbero molto utili per confermare tale ipotesi. Purtroppo, però, la missione si concluderà nel 2017 e il prossimo equinozio di Titano si verificherà nel 2023. Ma Charnay è ottimista: "ci saranno altre missioni", ha detto. "Ci sono ancora un sacco di misteri su Titano. Ancora non sappiamo come si è formata la sua densa atmosfera di azoto e da dove proviene il metano, né come si forma la sabbia. E non è completamente escluso che la vita lì possa esistere, forse nei suoi mari o laghi di metano. Quindi Titano è davvero un mondo affascinante e in continua evoluzione".