Newswise — Вудс-Хоул, Массачусетс — Титан, крупнейший спутник Сатурна, является единственным планетарным телом в Солнечной системе, на котором в настоящее время имеются активные реки, озера и моря. Считается, что эти потусторонние речные системы заполнены жидким метаном и этаном, которые впадают в широкие озера и моря, некоторые из которых столь же велики, как Великие озера на Земле.

Существование больших морей и меньших озер Титана было подтверждено в 2007 году с помощью изображений, полученных космическим кораблем НАСА «Кассини». С тех пор ученые изучали эти и другие изображения в поисках ключей к разгадке загадочной жидкой среды Луны.

Теперь Океанографический институт Вудс-Хоул (WHOI) и геологи Массачусетского технологического института изучили береговую линию Титана и с помощью моделирования показали, что большие моря на Луне, вероятно, были сформированы волнами. До сих пор ученые находили косвенные и противоречивые признаки волновой активности, основываясь на удаленных изображениях поверхности Титана.

Эндрю Эштон из WHOI, научный сотрудник отдела геологии и геофизики, является соавтором исследования «Признаки волновой эрозии на побережьях Титана», опубликованного в журнале. Достижения науки.

Роуз Палермо, бывшая аспирантка совместной программы MIT-WHOI и геолог-исследователь Геологической службы США, является первым автором исследования. Среди других соавторов — научный сотрудник Массачусетского технологического института Джейсон Содерблом, бывший постдок Массачусетского технологического института Сэм Берч, ныне доцент Университета Брауна, и Александр Хейс из Корнелльского университета. Палермо консультировали Эштон и Тейлор Перрон, профессор кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Сесила и Иды Грин в Массачусетском технологическом институте.

Команда применила другой подход к исследованию присутствия волн на Титане, сначала смоделировав способы разрушения озера на Земле. Затем они применили свое моделирование к морям Титана, чтобы определить, какая форма эрозии могла образовать береговые линии на изображениях Кассини. Волны, как они обнаружили, были наиболее вероятным объяснением.

Исследователи подчеркивают, что их результаты не являются окончательными; Чтобы подтвердить наличие волн на Титане, потребуются прямые наблюдения волновой активности на поверхности Луны.

«Мы знаем, что даже на Земле разные процессы создают разные формы береговой линии. Однако количественная оценка разницы между этими формами остается сложной задачей», — сказал Эштон из WHOI. «Основываясь на наших результатах, мы можем сказать, что если береговые линии морей Титана подверглись эрозии, то, скорее всего, виновниками являются волны», — сказал Перрон. «Если бы мы могли стоять на краю одного из морей Титана, мы могли бы увидеть волны жидкого метана и этана, плещущиеся о берег и разбивающиеся о побережье во время штормов. И они будут способны разрушить материал, из которого сделано побережье».

Взяв другой курс

Наличие волн на Титане стало несколько спорной темой с тех пор, как Кассини обнаружил тела жидкости на поверхности Луны.

«Некоторые люди, которые пытались увидеть доказательства существования волн, не видели их и говорили: «Эти моря зеркально гладкие», — заявил Палермо. «Другие говорили, что видели некоторую шероховатость на поверхности жидкости, но не были уверены, что это вызвано волнами».

Знание того, является ли волновая активность морей Титана, может дать ученым информацию о климате Луны, например, о силе ветров, которые могут вызвать такие волны. Информация о волнах также может помочь ученым предсказать, как форма морей Титана может меняться с течением времени.

Вместо того, чтобы искать прямые признаки волнообразных особенностей на изображениях Титана, Перрон отметил, что команде пришлось «избрать другой подход и посмотреть, просто взглянув на форму береговой линии, сможем ли мы сказать, что разрушает побережье. ».

Считается, что моря Титана образовались в результате повышения уровня жидкости, затопившей ландшафт, пересеченный речными долинами. Исследователи остановились на трех сценариях того, что могло произойти дальше: отсутствие береговой эрозии; эрозия, вызванная волнами; и «равномерная эрозия», вызванная либо «растворением», при котором жидкость пассивно растворяет материал побережья, либо механизмом, при котором берег постепенно отслаивается под собственным весом.

Исследователи смоделировали, как будут развиваться различные формы береговой линии в соответствии с каждым из трех сценариев. Чтобы смоделировать волновую эрозию, они приняли во внимание переменную, известную как «выборка», которая описывает физическое расстояние от одной точки на береговой линии до противоположной стороны озера или моря.

«Волновая эрозия обусловлена ​​высотой и углом волны», — объяснил Палермо. «Мы использовали выборку для приблизительной высоты волны, потому что чем больше выборка, тем больше расстояние, на котором может дуть ветер и расти волны».

Чтобы проверить, как формы береговой линии будут различаться в трех сценариях, исследователи начали с моделирования моря с затопленными речными долинами по краям. Для волновой эрозии они рассчитали расстояние от каждой точки вдоль береговой линии до каждой другой точки и преобразовали эти расстояния в высоту волн. Затем они запустили симуляцию, чтобы увидеть, как волны со временем будут разрушать начальную береговую линию. Они сравнили это с тем, как та же береговая линия будет развиваться в условиях эрозии, вызванной равномерной эрозией. Команда повторила это сравнительное моделирование для сотен различных стартовых форм береговой линии.

Они обнаружили, что формы концов сильно различались в зависимости от лежащего в основе механизма. В частности, равномерная эрозия привела к вздутию береговой линии, которая равномерно расширялась по всему периметру, даже в затопленных речных долинах, тогда как волновая эрозия в основном сглаживала части береговой линии, подверженные большому расстоянию, оставляя затопленные долины узкими и неровными.

«После того, как мы осуществили выборку, мы смогли увидеть различия в том, как меняется форма береговой линии», — сказал Эштон.

«У нас были одинаковые начальные береговые линии, и мы увидели, что конечная форма получается совершенно разная при равномерной эрозии по сравнению с волновой эрозией», — сказал Перрон. «Все они похожи на летающего спагетти-монстра из-за затопленных речных долин, но два типа эрозии приводят к совершенно разным конечным последствиям».

Команда проверила свои результаты, сравнив модели с реальными озерами на Земле. Они обнаружили ту же самую разницу в форме между земными озерами, которые, как известно, были размыты волнами, и озерами, подвергшимися равномерной эрозии, такой как растворение известняка.

Форма берега

Их моделирование выявило четкие, характерные формы береговой линии, в зависимости от механизма их эволюции. Затем команда задалась вопросом: где в этих характерных формах поместятся береговые линии Титана?

В частности, они сосредоточили внимание на четырех крупнейших и наиболее хорошо нанесенных на карту морях Титана: Море Кракена, которое по размеру сравнимо с Каспийским морем; Лигейя-Маре, которая больше озера Верхнее; Пунга-Маре, длиннее озера Виктория; и Онтарио Лакус, который примерно на 20 процентов меньше своего земного тезки.

Команда нанесла на карту береговые линии каждого моря Титана, используя радиолокационные изображения Кассини, а затем применила моделирование к каждой береговой линии моря, чтобы увидеть, какой механизм эрозии лучше всего объясняет их форму. Они обнаружили, что все четыре моря полностью вписываются в модель волновой эрозии, а это означает, что волны создают береговые линии, которые больше всего напоминают четыре моря Титана.

«Мы обнаружили, что если береговые линии подверглись эрозии, то их формы больше соответствуют волновой эрозии, чем равномерной эрозии или ее отсутствию вообще», — сказал Перрон.

Исследователи работают над тем, чтобы определить, насколько сильными должны быть ветры на Титане, чтобы поднимать волны, которые могут неоднократно разрушать побережье. Они также надеются по форме береговой линии Титана определить, с каких направлений преимущественно дует ветер.

«Титан представляет собой совершенно нетронутую систему», — сказал Палермо. «Это могло бы помочь нам узнать более фундаментальные вещи о том, как побережья разрушаются без влияния людей, и, возможно, это поможет нам лучше управлять нашими береговыми линиями на Земле в будущем».

Эта работа частично поддерживалась НАСА, Национальным научным фондом, Геологической службой США и Фондом Хейзинга-Саймонса.

Перепечатано с разрешения MIT News*

###

О океанографическом институте Вудс-Хоул

Океанографический институт Вудс-Хоул (WHOI) — частная некоммерческая организация в Кейп-Код, штат Массачусетс, занимающаяся морскими исследованиями, инженерным делом и высшим образованием. Его основная миссия, основанная в 1930 году, — понять океан и его взаимодействие с Землей в целом, а также передать понимание роли океана в меняющейся глобальной окружающей среде. Новаторские открытия WHOI стали результатом идеального сочетания науки и техники, которое сделало компанию одним из наиболее надежных и технически продвинутых лидеров в области фундаментальных и прикладных исследований и исследований океана в мире. WHOI известна своим междисциплинарным подходом, превосходными операциями на кораблях и беспрецедентными возможностями глубоководной робототехники. Мы играем ведущую роль в наблюдении за океаном и используем самый обширный в мире набор платформ для сбора данных. Лучшие ученые, инженеры и студенты сотрудничают в более чем 800 одновременных проектах по всему миру — как над, так и под волнами, — расширяя границы знаний и возможностей. Для получения дополнительной информации посетите сайт www.whoi.edu.