Energetik von Titans Tholin Dunst

Dies ist eine Teilantwort auf Ihre Frage, basierend auf einigen neueren Untersuchungen des photochemischen Verhaltens, das für Titans Tholin-Nebel modelliert und beobachtet wurde, und der Modellierung der Stratosphäre von Titan.

Der Prozess scheint laut dem Papier Eiskondensationsschichten in Titans Stratosphäre (Barth, 2012) (nur Zusammenfassung – Paywall) mit zu beginnen

Die photochemische Zerstörung von Methan zusammen mit der Zerstörung von Stickstoffmolekülen durch energiereiche Elektronen in der oberen Atmosphäre von Titan führt zur Produktion einer Reihe von Kohlenwasserstoff- und Nitrilverbindungen, die möglicherweise bei den kälteren Temperaturen der unteren Stratosphäre von Titan kondensieren können.

dann laut dem Papier Laboratory Experiments of Titan Tholin Formed in Cold Plasma at Different Pressures: Implikationen für Stickstoff enthaltende polyzyklische aromatische Verbindungen in Titan-Haze (Imanaka et al. 2004), insbesondere in Bezug auf Titans Stratosphäre,

. In der Stratosphäre (100–300 km) werden durch die Katalyse weitere chemische Reaktionen induziert$CH_4$Dissoziation durch solche Moleküle wie$C_2H_2$und$C_4H_2$Absorbieren der langen UV-Strahlung (> 155 nm).

Die Bedeutung dieser UV-absorbierenden Moleküle wird im Artikel Photochemical activity of Titan's low-altitude condensed haze (Gudipati et al. 2013) (nur Abstract - paywalled) erklärt, in dem sie angeben, dass sich Tholin-Dunst auf kondensierten Aerosolen in der Atmosphäre von Titan bilden könnte, was demonstriert wird dass zumindest ein Teil der Titanatmosphäre photochemisch aktiv ist. Durch Modellierung fanden sie das heraus

In Titans Atmosphäre nachgewiesen, Dicyanoacetylen ($C_4N_2$) wird in unseren Laborsimulationen als Modellsystem für andere größere ungesättigte kondensierende Verbindungen verwendet. Das zeigen wir$C_4N_2$Eis unterliegt einer Photopolymerisation in kondensierter Phase (Tholinbildung) bei Wellenlängen von bis zu 355 nm, die für Sonnenstrahlung relevant sind, die einen großen Teil der Titanatmosphäre fast nahe der Oberfläche erreicht.

und Beweise für diese Eise werden in dem Artikel Titan's aerosol and stratospheric ice opacities between 18 and 500 μm vorgeschlagen: Vertikale und spektrale Eigenschaften von Cassini CIRS (Anderson und Samuelson, 2011), in dem es heißt, dass die Eise und Aerosole

scheinen sich in einem schmalen Höhenbereich in der Stratosphäre mit einem Zentrum bei etwa 90 km zu befinden. Obwohl diese Nitril-Eiswolken in hohen nördlichen Breiten am häufigsten vorkommen, erstrecken sie sich durch niedrige Breiten und in mittlere südliche Breiten, mindestens bis 58°S.

Bei Corlies et al. (2020) , die die instrumentellen Anforderungen für eine mögliche zukünftige Titan-Orbiter-Mission analysieren, ist eine modellierte Transmissionsfunktion für die Titan-Atmosphäre als Funktion der Wellenlänge und der chemischen Spezies in ihrer Abb. 1 dargestellt (Können Diagramme aus Papieren auf dem arXiv hier legal verwendet werden? ).

Diese Abbildung verdeutlicht, dass Titans Tholin-Schleier im Optischen erhebliche Absorptionstrübungen besitzen, die sich mit Rayleigh- und Mie-Streuung überschneiden, aber eine stärkere Wirkung haben. Dieser Effekt schwächt sich stark ab, je tiefer man ins Infrarot vordringt, mit einem kleinen Höcker hoher Absorption bei 3$\rm\mu m$. Die schwache Opazität des Kontinuums reicht jedoch tief in das nahe Infrarot und fängt sehr kleine Mengen der von den Planeten emittierten Infrarotwärme ein. Letzterer Prozess wird jedoch von Methan dominiert.

Außerdem haben Doose et al. (2016) haben sich die Single Scattering Albedo angesehen$\omega_0$von Trübungen, die zu einer Reflexion des einfallenden Sonnenlichts führen. In der gesamten Atmosphäre ist diese Menge sehr hoch,$\omega_0>0.9$bei$750$nm, aber mit einem komplexen Verhalten, das auf kleinere Werte über 0,9 at abfällt$500$nm.

Zusammen mit der vorherigen Antwort in diesem Thread synthetisiere ich das folgende Bild für die Rolle von Titans Dunst auf seine atmosphärische Energetik:
1.) Dunst absorbiert leicht UV-Strahlung und macht sie für die atmosphärische Photochemie verfügbar. Photochemische Produkte regnen nach unten in die Troposphäre ab, tragen aber kaum zur weiteren energetischen Aktivität bei.
2.) In den optischen Trübungen streuen und absorbieren beide stark. Beide Faktoren führen zu einer Blockierung des Sonnenlichts zur Oberfläche und daher muss die Schlussfolgerung sein, dass Titans Dunst einen Anti-Treibhauseffekt in der Stratosphäre erzwingt.
3.) Im Infrarotbereich sind Hazes für die Energiebilanz unbedeutend. Hier hält Methan den Planeten mit einem Mini-Treibhauseffekt warm, indem es den Rest des Sonnenlichts nutzt, der durch die Dunstschichten zurückbleibt.