สภาพภูมิอากาศของไทรทัน
สภาพภูมิอากาศของไทรทันครอบคลุมถึงพลวัตของบรรยากาศ สภาพอากาศ และแนวโน้มของบรรยากาศในระยะยาวของ ดวง จันทร์ไทรทันของดาวเนปจูนบรรยากาศของไทรทันค่อนข้างบาง โดยมีความดันพื้นผิวเพียง1.4 Pa (1.38 × 10 −5 atm )ในช่วงเวลาที่ ยานวอยเอ เจอร์2บินผ่าน[ 1 ] : 873แต่มีความแปรปรวนสูง แม้จะมีความดันพื้นผิวต่ำ แต่ก็ยังคงขับเคลื่อนวัฏจักรสภาพอากาศและภูมิอากาศทั่วโลกอย่างต่อเนื่อง ซึ่งมีอิทธิพลอย่างมากต่อกิจกรรมธารน้ำแข็งของไทรทัน
สภาพภูมิอากาศของไทรทันถูกครอบงำด้วย ความผันผวน ตามฤดูกาล อย่างรุนแรง ซึ่งก่อให้เกิด การเคลื่อนย้าย ของสารระเหย ทั่วโลก ไปมาระหว่างขั้วโลก ส่งผลให้การหมุนเวียนของบรรยากาศแปรปรวน บรรยากาศของไทรทันยังเอื้อต่อการก่อตัวของหมอกควันและเมฆ บางๆ ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดนัก แม้ว่าสภาพภูมิอากาศของไทรทันจะคล้ายคลึงกับสภาพภูมิอากาศของพลูโตแต่ก็มีความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทั้งสอง เช่น วงจรภูมิอากาศที่วุ่นวายกว่าและบรรยากาศที่เย็นกว่าของไทรทัน
คุณสมบัติของบรรยากาศ
บรรยากาศของไทรทันมีแรงดันพื้นผิวเฉลี่ยประมาณ 1.4 Pa หรือประมาณ1 / 70,000เท่าของแรงดันระดับน้ำทะเลของโลก[ 1 ]แรงดันพื้นผิวเฉลี่ยเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญตามฤดูกาล ของไทรทัน โดยในปี 1997 แรงดันพื้นผิวบรรยากาศของไทรทันเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 1.9 +0.18 Pa [ 2 ]และแรงดันพื้นผิวอาจสูงถึงประมาณ 4 Pa ในปี 2010 (แม้ว่าจะไม่มีการวัดโดยตรงผ่านการบังแสงระหว่างปี 2007 ถึง 2017 ก็ตาม) [ 3 ] [ 4 ]อย่างไรก็ตาม ภายในปี 2022 ความดันพื้นผิวลดลงเหลือ 1.454 ± 0.047 Pa ซึ่งเกือบจะเท่ากับที่ยานวอยเอเจอร์ 2บันทึกไว้ในปี 1989 [ 4 ]บรรยากาศของไทรทันประกอบด้วยไนโตรเจน เป็นหลัก (~99%) โดยมีส่วนประกอบเล็กน้อยจากสารประกอบอื่นๆ เช่นมีเทน (~0.02%) และคาร์บอนมอนอกไซด์ (~0.01%) คล้ายกับบรรยากาศของพลูโตและในระดับหนึ่งก็ คล้ายกับ บรรยากาศของไททัน[ 3 ] [ 5 ]
อุณหภูมิ
การวัดอุณหภูมิพื้นผิวของไทรทันโดยยานวอยเอเจอร์ 2มีค่าอยู่ระหว่าง 34 ถึง 44K (−239 ถึง −229 °C) โดยมีอุณหภูมิพื้นผิวที่คาดการณ์ไว้ที่ 37.5K (−235.7 °C) โดยอิงจากโปรไฟล์ความร้อนของบรรยากาศ การวัดเหล่านี้สอดคล้องกับความดันพื้นผิวบรรยากาศที่สังเกตได้ประมาณ 1.4 Pa โดยยานวอยเอเจอร์ 2ซึ่งใกล้เคียงกับความดันไอ ของไนโตรเจน ที่ 37.5K [ 6 ]ในช่วงทศวรรษหลังจากที่ ยาน วอยเอเจอร์ 2 บินผ่าน อุณหภูมิพื้นผิวของไทรทันเพิ่มขึ้นเป็น 39.3K (−233.9 °C) ในปี 1997 [ 7 ]
ปรากฏการณ์ในชั้นบรรยากาศ
แม้ว่าความดันพื้นผิวบรรยากาศจะบางและผันผวนมาก แต่บรรยากาศของไทรทันก็มีปรากฏการณ์ระดับโลกที่หลากหลาย ไทรทันดูเหมือนจะมีชั้นโทรโพสเฟียร์ ที่แตกต่างออกไป ซึ่งอาจถูกกำหนดโดยอุณหภูมิตามโปรไฟล์อุณหภูมิแนวตั้งของบรรยากาศ[ 8 ]หรืออีกทางหนึ่ง บรรยากาศส่วนล่างของไทรทันอาจถูกกำหนดโดยพลศาสตร์ของแรงเฉือนลม[ 9 ]
ลมและการหมุนเวียน
ข้อมูลส่วนใหญ่เกี่ยวกับลมของไทรทันมาจากริ้วสีดำจำนวนมากที่บ่งบอกถึงขั้วโลกใต้ ซึ่งดูเหมือนจะเป็นไปตามทิศทางลมที่พัดแรงในบริเวณนั้น มีการสังเกตริ้วเหล่านี้มากกว่า 100 ริ้ว โดยส่วนใหญ่ทอดยาวไปทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือจากจุดแคบๆ ซึ่งสันนิษฐานว่าเป็นจุดกำเนิดของริ้วเหล่านั้น นอกจากนี้ยังพบกลุ่มควันสองกลุ่มที่กำลังเคลื่อนไหว ได้แก่ กลุ่มควันฮิลิและกลุ่มควันมาฮิลานี โดยกลุ่มควันจะพุ่งไปทางทิศตะวันตกอย่างฉับพลันที่ระดับความสูงประมาณ 8 กิโลเมตร ซึ่งอาจเป็นเส้นแบ่งชั้นโทรโปสเฟียร์ของไทรทัน[ 1 ] : 873ทิศทางของริ้วกลุ่มควันอาจบ่งชี้ถึง การหมุนเวียน แบบแอนติไซโคลนรอบขั้วโลกใต้ของไทรทัน โดยมีลมพัดอยู่ภายในชั้นเอกมันซึ่งทิศทางลมถูกควบคุมโดยสมดุลของแรงไล่ระดับความดัน แรงโคริโอลิสและแรงต้าน[ 9 ]แรงไล่ระดับอุณหภูมิทำให้เกิดลมร้อน ซึ่งในที่สุดจะทำให้ลมที่พัดไปทางทิศตะวันออกอ่อนลงก่อนที่จะเปลี่ยนทิศทางเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น[ 1 ] : 874การสังเกตการณ์คอลัมน์ควันที่มีการเคลื่อนไหวแสดงให้เห็นว่าบรรยากาศของไทรทันสามารถขนส่งวัสดุที่ขับเคลื่อนด้วยลมได้แต่ความเร็วลมของไทรทันยังไม่สามารถกำหนดได้อย่างแม่นยำ การประมาณการเบื้องต้นหลังจาก ยานว อยเอเจอร์ 2บินผ่านประเมินความเร็วลมทิศตะวันตกไว้ที่ 5–15 ม./วินาที ใกล้ขั้วใต้ของไทรทัน แต่การสร้างแบบจำลองในภายหลังส่งผลให้ความเร็วลมทิศตะวันตกอ่อนลงมาก น้อยกว่า 0.5 ม./วินาที[ 9 ]
การหมุนเวียนของบรรยากาศของไทรทันถูกครอบงำโดยการระเหิดและการตกตะกอนของไนโตรเจน แบบจำลองการหมุนเวียนทั่วโลกของไทรทันในช่วงฤดูร้อนของซีกโลกใต้ ซึ่งไนโตรเจนระเหิดจากขั้วโลกใต้และตกตะกอนบนขั้วโลกเหนือ ส่งผลให้เกิดการไหลจากทิศใต้ไปทิศเหนือโดยทั่วไป แรงโคริโอลิสเบี่ยงเบนลมเหล่านี้ ทำให้เกิดลมย้อนกลับที่พัดด้วยความเร็วสูงสุดถึง 10 เมตร/วินาทีเหนือเส้นศูนย์สูตรของไทรทัน อย่างไรก็ตาม การกลับทิศทางลมที่เห็นได้ชัดที่ระดับความสูงประมาณ 8 กิโลเมตรเหนือขั้วโลกใต้ของไทรทัน ดังที่ระบุโดยกลุ่มควันซึ่งสังเกตได้จากยานวอยเอเจอร์ 2ยังคงไม่สามารถอธิบายได้อย่างชัดเจน[ 10 ]
เมฆ
ภาพขอบและเส้นแบ่งกลางวันกลางคืนของไทรทันที่ได้จากยานวอยเอเจอร์ 2ค้นพบเมฆบางๆ สว่างๆ หลายก้อน เมฆบางๆ บนไทรทันน่าจะประกอบด้วยผลึกไนโตรเจนควบแน่นที่แขวนลอยอยู่ในชั้นบรรยากาศของไทรทัน เมฆเหล่านี้มีความหนาแน่นเชิงแสงประมาณ 0.063 ในช่วงสีม่วง (0.41 μm) โดยบางก้อนมีขนาดใหญ่พอที่จะบดบังบางส่วนของพื้นผิวไทรทันได้ มีการสังเกตเห็นเมฆรูปพระจันทร์เสี้ยวที่ชัดเจนทอดยาวจากทิศตะวันออกไปทิศตะวันตก มีความกว้างประมาณ 10 กิโลเมตรและยาวหลายร้อยกิโลเมตรอยู่นอกเส้นแบ่งกลางวันกลางคืนของไทรทัน โดยคาดว่าเมฆเหล่านี้อยู่สูงจากพื้นผิวประมาณ 1–3 กิโลเมตร ขอบของไทรทันบริเวณใกล้ทางใต้ถูกปกคลุมด้วยเมฆมากถึงหนึ่งในสาม[ 11 ] [ 1 ] : 873 [ 12 ]
หมอก
เช่นเดียวกับชั้นบรรยากาศของพลูโตและไททัน ชั้นบรรยากาศของไทรทันมีชั้นหมอกอินทรีย์อยู่หลายชั้น หมอกนั้นเบาบาง ชั้นบรรยากาศของไทรทันมีหมอกพอๆ กับชั้นบรรยากาศของดาวอังคารเมื่อไม่มีพายุฝุ่นเกิดขึ้น [ 13 ]หมอกส่วนใหญ่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศด้านล่างของไทรทัน ขยายไปถึงประมาณ 30 กม. เหนือพื้นผิวของไทรทัน แม้ว่าอาจจะขยายไปได้ไกลกว่านั้นเนื่องจากข้อจำกัดในการตรวจจับของยานวอยเอเจอร์ 2 [ 5 ]หมอกน่าจะเกิดจากการกระทำของ แสง อัลตราไวโอเลตต่อมีเทนและไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศ[ 14 ] [ 1 ] : 873และอาจได้รับอิทธิพลจากการมีอยู่ของคาร์บอนมอนอกไซด์[ 14 ]การควบแน่นของน้ำแข็งไฮโดรคาร์บอน[ 5 ]วัสดุที่เกิดขึ้นจะรวมตัวกันเป็นอนุภาคขนาดประมาณ 100–200 นาโนเมตร ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนและไนไตรล์หลายชนิดที่เรียกว่าโทลิน[ 14 ] [ 1 ] : 873แม้ว่าชั้นบรรยากาศของไทรทันและพลูโตจะมีความคล้ายคลึงกันในด้านองค์ประกอบและความดัน แต่แบบจำลองการก่อตัวของหมอกควันแสดงให้เห็นว่าหมอกควันในชั้นบรรยากาศของไทรทันนั้นแตกต่างจากหมอกควันในชั้นบรรยากาศของพลูโตอย่างมีนัยสำคัญ นี่อาจเป็นเพราะชั้นบรรยากาศด้านล่างของไทรทันนั้นเย็นกว่าชั้นบรรยากาศของพลูโตมากถึง 20–40K ควบคู่ไปกับความแตกต่างของปริมาณมีเทนในชั้นบรรยากาศด้านบนของทั้งสองดวง[ 5 ]
ฤดูกาล
ฤดูกาลของไทรทันนั้นยาวนานมาก เนื่องมาจากคาบการโคจรของเนปจูนที่ 164.8 ปี วงโคจรของเนปจูนก็เกือบจะเป็นวงกลมเช่นกัน โดยมีค่าความเยื้องศูนย์ต่ำที่ 0.0097 [ 15 ]ดังนั้นแต่ละฤดูกาลบนไทรทันจึงกินเวลาราว 40 ปี และการเปลี่ยนแปลงของฤดูกาลบนไทรทันนั้นถูกควบคุมเกือบทั้งหมดโดยการเอียงของแกนหมุนเมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์[ 16 ] [ a ] ไทรทันถูกล็อกด้วยแรงโน้มถ่วงโดยมีซีกโลกหนึ่งหันหน้าเข้าหาเนปจูนตลอดเวลา คาบการหมุนของไทรทันคือ 5 วัน 21 ชั่วโมง และมีการเอียงแกนเกือบเป็นศูนย์เมื่อเทียบกับระนาบวงโคจรของมันรอบเนปจูน[ 1 ] : 866อย่างไรก็ตาม วงโคจรของไทรทันเป็นแบบย้อนกลับและเอียงอย่างมากเมื่อเทียบกับเส้นศูนย์สูตรของเนปจูน ประมาณ 23° และเนปจูนเองก็มีการเอียงแกนประมาณ 28° [ 17 ]วงโคจรของไทรทันยังประสบกับการหมุนควง อย่างรวดเร็ว โดยมีคาบการหมุนควงของจุดตัดที่ 637 ± 40 ปี[ 16 ]การรวมกันของปัจจัยเหล่านี้ส่งผลให้เกิดวัฏจักรตามฤดูกาลที่ซับซ้อนซึ่งแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละปีของเนปจูน โดยละติจูดใต้ดวงอาทิตย์ของจุดครึ่งปีฤดูร้อนจะแตกต่างกันระหว่างละติจูด 5° ถึง 50° ในช่วงเวลา 140–180 ปี[ 17 ]
เช่นเดียวกับฤดูกาลของพลูโต (และในระดับที่น้อยกว่าฤดูกาลของดาวอังคาร ) ฤดูกาลของไทรทันส่งผลกระทบอย่างมากต่อวัฏจักรของสารระเหยและ ชั้น น้ำแข็งไนโตรเจนวัฏจักรของสารระเหยของไทรทันส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยการระเหิดและการตกตะกอนของไนโตรเจนและสารประกอบระเหยอื่นๆ[ 18 ]คาดว่าไนโตรเจนที่ตกตะกอนใหม่จะมีสีสว่าง ดังที่สังเกตได้ในชั้นน้ำแข็งขั้วโลกใต้ของไทรทันและน้ำค้างแข็งสีน้ำเงินสดใสบนพื้นผิวเส้นศูนย์สูตรที่สังเกตได้โดยยานวอยเอเจอร์ 2 [ 17 ] อย่างไรก็ตามแม้ว่าพื้นที่ขนาดใหญ่ของไทรทันจะค่อนข้างมืดกว่า การสังเกตสเปกตรัมจากภาคพื้นดินบ่งชี้ว่าพื้นผิวของไทรทันส่วนใหญ่ถูกปกคลุมด้วยชั้นน้ำแข็งไนโตรเจนโปร่งใสหรือโปร่งแสง นอกจากนี้ การสร้างแบบจำลองยังไม่สามารถจำลองการกระจายของพื้นผิวที่สว่างและมืดที่สังเกตได้[ 19 ]มีการเสนอแนะว่าเม็ดน้ำแข็งไนโตรเจนขนาดเล็กที่ตกตะกอนใหม่จะเปลี่ยนรูปเป็นชั้นที่ใสและโปร่งใสภายในฤดูกาลของไทรทัน[ 17 ]ในทางกลับกัน น้ำแข็งไนโตรเจนที่เพิ่งตกตะกอนอาจโปร่งแสง ก่อนที่จะแตกออกในภายหลังเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลของอุณหภูมิทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเฟสซ้ำๆ ระหว่างเฟส α และ β ของไนโตรเจนแข็ง ทำให้น้ำแข็งที่เก่ากว่าสว่างขึ้น[ 19 ]
ในขณะที่ยานวอยเอเจอร์ 2เดินทางมาถึง ไทรทันกำลังประสบกับฤดูร้อนในซีกโลกใต้ที่รุนแรงผิดปกติ ขั้วโลกใต้ของไทรทันแผ่ขยายเกือบหรือทั้งหมดไปจนถึงเส้นศูนย์สูตร ครอบคลุมพื้นที่กว้างใหญ่ในละติจูดต่ำทางใต้ของไทรทัน[ 18 ]การแผ่ขยายไปไกลขนาดนี้แสดงให้เห็นว่าขั้วโลกใต้ของไทรทันน่าจะคงแผ่นน้ำแข็งไนโตรเจนขนาดใหญ่และถาวรไว้ (ตรงข้ามกับขั้วโลกที่เปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล) ขั้วโลกเหนือของไทรทันไม่ได้รับการสังเกตโดยตรง แต่สันนิษฐานว่ามีอยู่จริง แม้ว่าจะมีขนาดเล็กกว่าขั้วโลกใต้ของไทรทันอย่างมาก การจำลองวัฏจักรตามฤดูกาลของไทรทันสนับสนุนการมีอยู่ของขั้วโลกเหนือถาวรที่มีความหนาอย่างน้อยหลายร้อยเมตร และขั้วโลกใต้ของไทรทันน่าจะมีความหนามากกว่าหนึ่งกิโลเมตรที่จุดสูงสุด[ 17 ]
ฤดูร้อนสุดขั้วของซีกโลกใต้ซึ่งตรงกับ การบินผ่าน ของยานวอยเอเจอร์ 2อาจมีส่วนทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของอุณหภูมิพื้นผิวและความดันบรรยากาศพื้นผิวที่สังเกตได้ตั้งแต่ปี 1989 ถึง 1997 [ 7 ]การเพิ่มขึ้นของความดันบรรยากาศพื้นผิวนี้ยังคงดำเนินต่อไปจนถึงอย่างน้อยปี 2007 ก่อนที่จะกลับสู่ระดับเดียว กับช่วง ที่ยานวอยเอเจอร์ 2 บิน ผ่านในปี 2017 [ 3 ] [ 4 ]แบบจำลองสภาพภูมิอากาศคาดการณ์ว่าความดันบรรยากาศจะลดลงอย่างต่อเนื่องในช่วงปี 2005–2060 เนื่องจากไนโตรเจนที่ระเหยจากขั้วโลกใต้เคลื่อนตัวและสะสมอยู่ในขั้วโลกเหนือที่กำลังขยายตัว ดังนั้นสาเหตุของการผันผวนอย่างรวดเร็วของความดันจึงยังไม่ชัดเจน[ 4 ]
ดูเพิ่มเติม
หมายเหตุ
- ↑สมมติว่าแต่ละฤดูกาลมีความยาวเท่ากัน ความยาวของฤดูกาลจะคำนวณได้จากการหารคาบการโคจรของดาวเนปจูนด้วยสี่