Ono što je posebno o Titanu je da ima gustu atmosferu s tlakom zraka površine je oko 1,5 puta deblju od Zemlje. Iako je Titanova masa još manja od Marsa, on je tako hladan (samo 95 Kelvina) zbog toga je bio u mogućnosti da zadrži svoju iskonsku atmosferu.
Atmosfera je od hladnog molekularnog dušika (95%) i metana (oko 5%). Druge organske molekule su otkrivene u atmosferi. One se formiraju iz sunčevog ultraljubičastog zračenja i visoke energije ubrzanih čestica Saturnovog magnetskog polja u interakciji s atmosferskim dušikom i metanom.
Molekule dušika i metana se rasprše (photodissociation), a atomi spoje, da bi debeli sloj izmaglice (uglavnom etana) koji blokira naš pogled na površinu bio u vidljivom svjetlu. Kad su kapljice organskih molekula postale dovoljno velike, da padaju kao kiša dolje na površinu i stvore vrlo tamne naslage tekućeg metana i etana.
Mjehurići metana od ispod površine izgube otpuštajući se u atmosferi (Photodissociation). Slika pokazuje Titan mutnim gledano na vidljivim valnim duljinama od letjelica Voyager.
Nažalost, Voyagerova je kamera upravo podešena na pogrešnim valnim duljinama, tako da nije mogao zaviriti kroz izmaglicu sloja. Dakle, sve što je vidio bila je narančasta Fuzz lopta.
Letjelice Voyager nisu otkrile postojanje značajnijeg magnetskog polja oko Titana.
Titan je jedini planetni satelit u Sunčevu sustavu koji posjeduje značajniju atmosferu. Atmosfera na površini stvara tlak od čak 1.5 bara, 50% više nego na Zemlji (na razini mora).
Atmosfera je po sastavu većim dijelom molekularni dušik (94%), uz argon (6%) i nešto metana. Može se naći voda, te neki organski spojevi u tragovima (cijanovodik, ugljik dioksid).
Cijanovodik je izrazito bitan jer je nužan za stvaranje aminokiselina, osnove života na Zemlji. Smatra se da su ovi uvjeti slični uvjetima kakvi su vladali na Zemlji u vrijeme stvaranja života, prije nego je život u Zemljinu atmosferu počeo unositi kisik.
U višim slojevima atmosfere, pod djelovanjem sunčeva svjetla na metan, ugljik dioksid i druge spojeve, nastaju ugljikovodici i još neki spojevi. Ti se spojevi u hladnoj atmosferi kondenziraju te na visini od oko 200 km iznad površine stvaraju sloj neprozirnih narančastih oblaka. Ovaj proces je sličan procesu stvaranja smoga na Zemlji.
U novije vrijeme, na Titanu su uočeni i mali oblaci koji se mogu pojaviti i nestati u samo jednom danu. Ovi su oblaci mogući izvor metanskih kiša.
Zbog guste atmosfere, nije moguće vidjeti Titanovu površinu u vidljivom svjetlu.
Letjelica Cassini će mapirati Titanovu površinu radarom, kao što je letjelica Magellan to učinila s Venerom.
Nešto površinskih detalja je vidljivo na infracrvenim fotografijama teleskopa Hubble, pa je uočen svjetliji "kontinent" na Titanovoj strani okrenutoj Saturnu. Na osnovu ovih fotografija je odabrano mjesto slijetanja sonde Huygens.
Dolaskom letjelice Cassini dobivene su bolje slike Titana, na kojima se ističe područje nazvano Xanadu. Još uvijek nije sasvim jasno kakav je tip terena u pitanju.
Titan je jedini od drugih planetarnih tijela u Sunčevom sustavu koji ima tekućinu na površinu, iako je s obzirom na -180 ° C temperature i atmosferu, tekućina koja teče su ugljikovodici, a ne voda.
U posljednjih nekoliko godina, NASA je pažljivo mapirala Titanovu površinu pomoću letjelica Cassini i na konferenciji American Geophysical Union-a u San Franciscu otkrili je najnovije rezultate.
Bilo je poznato od 2009. godine da je bilo veliko jezero tekućeg ugljikovodika, nazvan Kraken Mare, u blizini Sjevernog pola.
Nova Mjerenja pokazuju da je Kraken okružen manjim interkonekcijskim morima i po prvi put Cassinin je radar bio u mogućnosti pružiti i dubinu nekog od tih jezera i procjenu njihovog sastava.
Jedana od većih površinskih tekućina, pod nazivom Ligeia Mare, se prikazuju sa 520-560 metara (160-170 metara) duboko i, na temelju radarskih zapisa, pretežno sastavljenih od tekućeg metana, sa smjesom pomiješanih težih ugljikovodika. Ligeia drži oko 2.000 kubnih milja ovog mix metana, (oko 3,3 milijardi olimpijskih bazena) ili 5.000 gigatona ugljika, oko 40 puta kao naftni resursi ovdje na Zemlji.
Sav ovaj metan mora je neobično koncentriran na području 600 milja od 1.100 milja (900 km od 1.800 kilometara) oko Titanovog sjevernog pola i računajući za oko 97 posto tekućine još uvijek se nalazi na površini satelita. Oni tvore kapu od očvrsnutog ugljikovodika koji iznosi 3,6 milijuna četvornih kilometara (ili 117 puta veći od Belgije) u području.
No, otkriće je NASA-ine znanstvenike ostavilo zbunjenima, zbog čega Sjeverni pol ima takvu koncentraciju tekućina. Vulkanska aktivnost može biti jedan uzrok - Titan ima mali broj bljuzgavih vulkana - ali Randy Kirk, Cassinijev član radar ekipr s Astrogeology Science Centra, rekao je - da visoka koncentracija vulkana u jednom malom području satelita je malo vjerojatna.
Druga mogućnost je da su ugljikovodici otapali Titanovu površinu, na sličan način su otopljene vapnenačke jame ovdje na Zemlji. Ove Titanic vrtače bi čak mogli iskoristiti kao ogromne podzemne rezervoare za pohranu težih ugljikovodika koje će Cassini još naći.
NASA-in planetarni znanostvenik redatelj Jim Green je objasnio da sada znamo atmosferski sastav Titana, kao i njegov opseg, temperaturu i površinski tlak, tako da je jednostavan kemijski zaključak koji kaže da ugljikovodici nastaju kada su sunčeve energije u interakciju sa atmosferom satelita. Do sada je bilo puno težih ugljikovodika koji nisu otkriveni.
Nažalost, nema puno vremena da Cassini letjelica utvrdi gdje su. Sonda, koja je stigla oko Saturna 2004. godine, ima samo oko 4 posto manevrirajučeg pogonskog plina, te je pomoću Titanove gravitacije koja utječe na njegovu orbitu oko Saturna uštedjeli energiju.
Sonda će sada provesti svoje preostalo vrijeme u orbiti Saturnova ekvatora.
U međuvremenu će i dalje biti u prilici da više snima Titan i njegove resurse. Sudeći po načinu na koji stvari idu ovdje na Zemlji možda će biti potreban neki od tih ugljikovodika kako bi se život poboljšao za buduće naraštaje.
