Исследователи обнаружили, что волновая активность на Титане может быть достаточно сильной, чтобы разрушить береговые линии озер и морей.

Титан, крупнейший спутник Сатурна, – единственное планетарное тело в Солнечной системе, на котором в настоящее время есть активные реки, озера и моря. Считается, что эти потусторонние речные системы наполнены жидким метаном и этаном, которые впадают в широкие озера и моря, некоторые из которых по размерам не уступают Великим озерам на Земле.

Существование крупных морей и небольших озер на Титане было подтверждено в 2007 году с помощью изображений, полученных космическим аппаратом НАСА “Кассини”. С тех пор ученые изучают эти и другие изображения в поисках ключей к разгадке таинственной жидкой среды луны.

Теперь геологи из Массачусетского технологического института изучили береговую линию Титана и с помощью моделирования показали, что крупные моря луны, вероятно, были образованы волнами. До сих пор ученые находили косвенные и противоречивые признаки волновой активности на основе дистанционных снимков поверхности Титана.

Команда Массачусетского технологического института использовала другой подход к изучению наличия волн на Титане, сначала смоделировав способы эрозии озер на Земле. Затем они применили моделирование к морям Титана, чтобы определить, какая форма эрозии могла сформировать береговые линии на снимках Cassini. Волны, как они выяснили, были наиболее вероятным объяснением.

Исследователи подчеркивают, что их результаты не являются окончательными; для подтверждения наличия волн на Титане потребуются прямые наблюдения за волновой активностью на поверхности Луны.

“Основываясь на наших результатах, мы можем сказать, что если береговые линии морей Титана подверглись эрозии, то виновниками этого, скорее всего, являются волны”, – говорит Тейлор Перрон, профессор наук о Земле, атмосфере и планетах Сесил и Ида Грин из Массачусетского технологического института.

“Если бы мы могли стоять на краю одного из морей Титана, то увидели бы, как волны жидкого метана и этана плещутся о берег и разбиваются о него во время штормов. И они были бы способны разрушить материал, из которого состоит побережье…”

Перрон и его коллеги, включая первого автора Роуз Палермо, бывшую аспирантку совместной программы MIT-WHOI и геолога-исследователя Геологической службы США, опубликовали свое исследование в Advances in Science. Среди их соавторов – исследователь Массачусетского технологического института Джейсон Содерблом, бывший постдок Массачусетского технологического института Сэм Берч, ныне доцент Университета Брауна, Эндрю Эштон из Океанографического института Вудс-Хоул и Александр Хейс из Корнельского университета.

“Иду в другую сторону”.

Присутствие волн на Титане является несколько спорной темой с тех пор, как “Кассини” обнаружил на поверхности луны жидкие тела.

Некоторые люди, пытавшиеся увидеть признаки волн, не увидели их и сказали: “Эти моря зеркально гладкие”, – говорит Палермо. “Другие говорили, что видят некую шероховатость на поверхности жидкости, но не были уверены, что это и есть причина волн”.

Знание о том, есть ли в морях Титана волновая активность, может дать ученым информацию о климате Луны, например, о силе ветров, которые могут вызывать такие волны. Информация о волнах также может помочь ученым предсказать, как форма морей Титана может меняться со временем.

По словам Перрона, вместо того чтобы искать прямые доказательства волнообразных особенностей на снимках Титана, команде пришлось “пойти другим путем и посмотреть, глядя на форму береговой линии, можно ли определить, что именно размывает береговую линию…”.

Считается, что моря Титана образовались в результате повышения уровня жидкости, затопившей ландшафт, пересеченный речными долинами. Исследователи остановились на трех сценариях развития событий: отсутствие береговой эрозии, эрозия, вызванная волнами, и “равномерная эрозия”, вызванная либо “растворением”, при котором жидкость пассивно растворяет прибрежный материал, либо механизмом, при котором побережье постепенно отслаивается под собственным весом.

Исследователи смоделировали, как будут развиваться различные формы береговой линии при каждом из трех сценариев. Для моделирования волновой эрозии они учитывали переменную, известную как “выборка”, которая описывает физическое расстояние от одной точки на береговой линии до противоположного берега озера или моря.

“Эрозия волн зависит от их высоты и угла наклона”, – объясняет Палермо. “Мы использовали выборку, чтобы приблизительно определить высоту волны, потому что чем больше выборка, тем больше расстояние, на котором может дуть ветер и расти волны”.

Чтобы проверить, как будут отличаться формы береговой линии в трех сценариях, исследователи начали с моделирования моря с затопленными речными долинами по краям. Для расчета волновой эрозии они вычислили расстояние от каждой точки береговой линии до каждой другой точки и преобразовали эти расстояния в высоту волн.

Затем они провели симуляцию, чтобы увидеть, как волны со временем размывают первоначальную береговую линию. Они сравнили это с тем, как будет развиваться та же береговая линия в условиях равномерной эрозии. Команда повторила это сравнительное моделирование для сотен различных начальных форм береговой линии.

Они обнаружили, что формы концов сильно различаются в зависимости от механизма, лежащего в основе. В частности, равномерная эрозия приводила к вздутию береговой линии, которая равномерно расширялась по всему периметру, даже в затопленных речных долинах, в то время как волновая эрозия в основном сглаживала участки береговой линии, открытые на больших расстояниях, оставляя затопленные долины узкими и неровными.

“У нас были одинаковые исходные береговые линии, и мы увидели, что конечная форма, которую вы получаете, совершенно разная при равномерной эрозии и волновой эрозии”, – говорит Перрон. “Все они похожи на летающего монстра из спагетти из-за затопленных речных долин, но эти два типа эрозии приводят к совершенно разным конечным эффектам”.

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

Форма берега

Моделирование показало, что в зависимости от механизма эволюции береговые линии имеют разные характерные формы. Затем команда задалась вопросом: где в этих характерных формах могут располагаться береговые линии Титана?

В частности, они сосредоточились на четырех крупнейших морях Титана, которые лучше всего отображены на карте: море Кракена, которое по размерам сопоставимо с Каспийским морем; море Лигеи, которое больше озера Верхнее; море Пунга, которое длиннее озера Виктория; и лак Онтарио, который примерно на 20 процентов меньше своего земного тезки.

Команда составила карту береговых линий каждого из морей Титана с помощью радарных снимков Cassini, а затем применила моделирование к береговой линии каждого моря, чтобы определить, какой механизм эрозии лучше всего объясняет их форму. Они обнаружили, что все четыре моря идеально подходят под модель волновой эрозии, то есть волны создают береговые линии, которые наиболее похожи на четыре моря Титана.

“Мы обнаружили, что если береговая линия подверглась эрозии, то ее форма больше соответствует волновой эрозии, чем равномерной эрозии или отсутствию эрозии вообще”, – говорит Перрон.

Исследователи пытаются определить, насколько сильными должны быть ветры на Титане, чтобы поднимать волны, способные многократно размывать береговую линию. Они также надеются определить по форме береговой линии Титана, с каких направлений преимущественно дует ветер.

«Титан» представляет собой совершенно нетронутую систему», — говорит 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».