En ny studie ledd av en jordforskare vid University of Bristol har visat att nyligen rapporterade oväntat beteende på Titan, Saturnus största måne, beror på dess unika atmosfäriska kemi.

Titans polära atmosfär upplevde nyligen en oväntad och betydande kylning, strider mot alla modellförutsägelser och skiljer sig från beteendet hos alla andra jordiska planeter i vårt solsystem.

Titan är Saturnus största måne, är större än planeten Merkurius, och är den enda månen i vårt solsystem som har en betydande atmosfär.

Vanligtvis, den höga höjden polära atmosfären på en planets vinterhalvklot är varm på grund av att sjunkande luft komprimeras och värms upp - liknande det som händer i en cykelpump.

Förbryllande, Titans atmosfäriska polarvirvel verkar vara extremt kall istället.

Innan dess brinnande bortgång i Saturns atmosfär den 15 september, rymdfarkosten Cassini erhöll en lång serie observationer av Titans polära atmosfär som täcker nästan hälften av Titans 29,5 jordåriga långa år med hjälp av instrumentet Composite Infrared Spectrometer (CIRS).

Cassini/CIRS-observationerna visade att medan den förväntade polarheta fläcken började utvecklas i början av vintern 2009, detta utvecklades snart till en kall plats 2012, med temperaturer så låga som 120 K som observerades fram till slutet av 2015.

Först i de senaste 2016 och 2017 observationerna har den förväntade hotspoten återvänt.

Huvudförfattare Dr Nick Teanby från University of Bristols School of Earth Sciences, sa:"För jorden, Venus, och Mars, den främsta atmosfäriska kylmekanismen är infraröd strålning som avges från spårgasen CO2 och eftersom CO2 har en lång atmosfärisk livstid blandas den väl vid alla atmosfäriska nivåer och påverkas knappast av atmosfärens cirkulation.

"Dock, på Titan, exotiska fotokemiska reaktioner i atmosfären producerar kolväten som etan och acetylen, och nitriler inklusive vätecyanid och cyanoacetylen, som tillhandahåller huvuddelen av kylningen."

Dessa gaser produceras högt uppe i atmosfären, så ha en brant vertikal lutning, vilket innebär att deras överflöd avsevärt kan modifieras av till och med blygsamma vertikala atmosfäriska cirkulationer.

Därför, vinterpolära sättningar ledde till massiva anrikningar av dessa strålningsaktiva gaser över den södra vinterpolen.

Forskare använde temperaturen och gasmängderna mätt med Cassini, i kombination med en numerisk strålningsbalansmodell av uppvärmnings- och kylhastigheter, för att visa att spårgasanrikningen var tillräckligt stor för att orsaka betydande kylning och extremt kalla atmosfärstemperaturer.

Detta förklarar tidigare observationer av konstiga vätecyanid -ismoln som observerades över polen 2014 med Cassinis kameror.

Dr Teanby tillade:"Denna effekt är hittills unik i solsystemet och är endast möjlig på grund av Titans exotiska atmosfäriska kemi. "En liknande effekt kan också förekomma i många exoplanetatmosfärer som har konsekvenser för molnbildning och atmosfärisk dynamik."

Studien publiceras i Naturkommunikation .