Atmosfer Titan

Atmosfer Titan adalah lapisan gas yang mengelilingi Titan, bulan terbesar Saturnus. Atmosfer Titan adalah satu-satunya atmosfer tebal dari satelit alami di Tata Surya . Atmosfer bawah Titan terutama terdiri dari nitrogen (94,2%), metana (5,65%), hidrogen (0,099%). Ada sejumlah kecil hidrokarbon lain, seperti etana, diasetilena, metilasetilena, asetilena dan propana, dan gas-gas lain, seperti sianoasetilena, hidrogen sianida, karbon dioksida, karbon monoksida, sianogen, argon dan helium. Tekanan permukaannya sekitar 50% lebih tinggi dari Bumi dengan tekanan 1,5 bar yang berada di dekat titik tripel metana dan memungkinkan adanya gas metana di atmosfer dan metana cair di permukaan. Warna oranye yang terlihat dari luar angkasa diproduksi oleh bahan kimia lain yang lebih kompleks dalam jumlah kecil, mungkin tholin, endapan organik yang menyerupai tar.

Sejarah pengamatan

Adanya atmosfer yang tebal di Titan pertama kali dicurigai oleh astronom Spanyol Josep Comas i Solà, yang mengamati penggelapan tepi berbeda pada Titan pada tahun 1903, dan dikonfirmasi oleh Gerard P. Kuiper pada tahun 1944 menggunakan teknik spektroskopi yang menghasilkan perkiraan tekanan parsial atmosfer metana sekitar 100 milibar (10 kPa). Pengamatan selanjutnya pada tahun 1970-an menunjukkan bahwa angka-angka yang diusulkan Kuiper terlalu rendah; kelimpahan metana di atmosfer Titan justru sepuluh kali lebih tinggi, dan tekanan permukaan setidaknya dua kali lipat dari yang ia prediksi. Tekanan permukaan yang tinggi berarti bahwa metana hanya membentuk sebagian kecil dari atmosfer Titan. Pada 1980, Voyager 1 melakukan pengamatan terperinci pertama terhadap atmosfer Titan, mengungkapkan bahwa tekanan permukaannya lebih tinggi daripada bumi, yaitu 1,5 bar (sekitar x 1,48 atmosfer bumi).
Misi gabungan NASA/ESA Cassini-Huygens memberikan banyak informasi tentang Titan, dan sistem Saturnus secara umum, sejak memasuki orbit pada 1 Juli 2004. Ditemukan bahwa kelimpahan isotop atmosfer Titan adalah bukti bahwa nitrogen yang melimpah di atmosfer Titan berasal dari materi di awan Oort, terkait dengan komet, dan bukan dari materi yang membentuk Saturnus pada zaman sebelumnya. Ditentukan bahwa bahan kimia organik kompleks dapat muncul di Titan, termasuk hidrokarbon aromatik polisiklik, propilena, dan metana.
Misi Dragonfly oleh NASA berencana untuk mendaratkan kendaraan udara besar di Titan pada tahun 2034. Misi ini akan mempelajari kelayakhunaan Titan dan kimia prabiotik di berbagai lokasi. Pesawat yang seperti drone ini akan melakukan pengukuran proses geologis, serta komposisi permukaan dan atmosfer.

Ikhtisar

Pengamatan dari wahana antariksa Voyager menunjukkan bahwa atmosfer Titan lebih padat daripada atmosfer Bumi, dengan tekanan permukaan sekitar 1,45 kali dari atmosfer Bumi. Atmosfer Titan sekitar 1,19 kali lebih besar dari keseluruhan Bumi, atau sekitar 7,3 kali lebih besar dengan basis per luas permukaan. Atmosfer Titan memiliki lapisan kabut buram yang menghalangi sebagian besar cahaya yang terlihat dari Matahari dan sumber lainnya sehingga relief permukaan Titan menjadi tidak jelas. Atmosfernya begitu tebal dan gravitasinya sangat rendah sehingga manusia bisa terbang melaluinya dengan mengepakkan "sayap" lengannya. Gravitasi Titan yang lebih rendah berarti atmosfernya jauh lebih tebal daripada Bumi. Bahkan pada jarak 975 km, pesawat luar angkasa Cassini harus melakukan penyesuaian untuk mempertahankan orbit yang stabil terhadap gesekan atmosfer. Atmosfer Titan bersifat buram pada banyak panjang gelombang dan spektrum pantulan lengkap permukaannya tidak mungkin diperoleh dari luar planet. Baru pada saat kedatangan Cassini-Huygens pada tahun 2004 gambar langsung pertama dari permukaan Titan diperoleh. Penyelidikan Huygens tidak dapat mendeteksi arah Matahari selama penurunannya, dan meskipun mampu mengambil gambar dari permukaan, tim Huygens menyamakan proses tersebut dengan "mengambil gambar tempat parkir saat senja".

Medan magnet

Titan tidak memiliki medan magnet, meskipun penelitian pada tahun 2008 menunjukkan bahwa Titan mempertahankan sisa-sisa medan magnet Saturnus secara singkat ketika melintasi wilayah di luar magnetosfer Saturnus dan langsung terkena angin matahari. Angin matahari dapat mengionisasi dan membawa beberapa molekul dari atas atmosfer. Medan magnet internal Titan dapat diabaikan, dan mungkin bahkan tidak ada. Jarak orbitnya sebesar 20,3 radius Saturnus kadang-kadang menempatkannya dalam magnetosfer Saturnus. Namun, perbedaan antara periode rotasi Saturnus (10,7 jam) dan periode orbit Titan (15,95 hari) menyebabkan kecepatan relatif sekitar 100 km/detik antara plasma termagnetisasi Saturnus dan Titan. Hal tersebut sebenarnya dapat mengintensifkan reaksi yang menyebabkan hilangnya atmosfer, alih-alih menjaga atmosfer dari angin matahari.

Kimia ionosfer

Pada November 2007, ilmuwan mengungkapkan bukti adanya ion negatif dengan massa kira-kira 13.800 kali massa hidrogen di atmosfer Titan, yang diangap jatuh menuju daerah yang lebih rendah untuk membentuk kabut oranye yang menutupi permukaan Titan. Ion negatif yang lebih kecil telah diidentifikasi sebagai anion rantai karbon linear dengan molekul yang lebih besar menunjukkan bukti adanya struktur yang lebih kompleks, yang mungkin diturunkan dari benzena. Ion-ion negatif ini tampaknya memiliki peran kunci dalam pembentukan molekul yang lebih kompleks, yang usulkan berupa tholin, dan mungkin membentuk basis untuk hidrokarbon aromatik polisiklis, sianopolina dan turunannya. Hebatnya, ion-ion negatif seperti ini sebelumnya diketahui dapat meningkatkan produksi molekul organik yang lebih besar di luar tata surya, sebuah kesamaan yang menyoroti kemungkinan akan pentingnya ion negatif di Titan.

Sirkulasi atmosfer

Ada pola sirkulasi udara yang ditemukan mengalir ke arah rotasi Titan, dari barat ke timur. Selain itu, variasi musiman dalam sirkulasi atmosfer juga telah terdeteksi. Pengamatan oleh Cassini tentang atmosfer yang dilakukan pada 2004 juga menunjukkan bahwa Titan adalah "super rotator", seperti Venus, dengan atmosfer yang berputar jauh lebih cepat daripada permukaannya.  Sirkulasi atmosfer ini dapat dijelaskan oleh sirkulasi Hadley besar yang terjadi dari kutub ke kutub. Lihat Iklim Titan untuk detail lebih lanjut tentang sirkulasi.

Siklus metana

Energi dari Matahari seharusnya mengubah semua jejak metana di atmosfer Titan menjadi hidrokarbon yang lebih kompleks dalam 50 juta tahun, waktu yang singkat dibandingkan dengan usia Tata Surya. Ini menunjukkan bahwa metana entah bagaimana harus diisi ulang oleh reservoir di permukaan atau di dalam Titan. Sebagian besar metana di Titan ada di atmosfer. Metana diangkut melalui perangkap dingin di tropopause. Oleh karena itu, sirkulasi metana di atmosfer mempengaruhi keseimbangan radiasi dan kimia lapisan lain di atmosfer. Jika ada reservoir metana di Titan, siklusnya hanya akan stabil dalam rentang waktu geologis.

Bukti bahwa atmosfer Titan mengandung metana ribuan kali lebih banyak daripada karbon monoksida akan mengesampingkan kontribusi signifikan dari dampak komet, karena komet terdiri dari lebih banyak karbon monoksida daripada metana. Bahwa Titan mungkin telah memperoleh atmosfer dari Saturnus nebula awal pada saat pembentukan juga tampaknya tidak mungkin. Dalam kasus seperti itu,Titan harus memiliki kelimpahan atmosfer yang mirip dengan nebula matahari, termasuk hidrogen dan neon. Banyak astronom berpendapat bahwa asal mula metana di atmosfer Titan berasal dari dalam Titan sendiri, yang dilepaskan melalui letusan dari kriovolkano. Kemungkinan asal biologis untuk metana belum diabaikan (lihat kehidupan di Titan).