|
Насколько интенсивно текут реки за пределами Земли
|
|
|
|
Помимо Земли, реки текли еще в двух мирах Солнечной системы: на Марсе, где от древних рек и озер остались только сухие следы и кратеры, и на Титане, крупнейшем спутнике Сатурна, где до сих пор текут реки жидкого метана. Новая методика, разработанная геологами Массачусетского технологического института, позволяет ученым увидеть, насколько интенсивно текли реки на Марсе и как они текут сейчас на Титане. Метод использует спутниковые наблюдения для оценки скорости, с которой реки перемещают жидкость и наносы вниз по течению. Применяя свою новую методику, команда Массачусетского технологического института подсчитала, насколько быстрыми и полноводными были реки в определенных регионах Марса более 1 миллиарда лет назад. Они также сделали аналогичные оценки для активных в настоящее время рек на Титане, несмотря на то, что плотная атмосфера Луны и удаленность от Земли затрудняют ее исследование, а доступных изображений ее поверхности гораздо меньше, чем у Марса.
|
|
|
|
«Что интересного в Титане, так это то, что он активен. С помощью этой техники у нас есть метод, позволяющий делать реальные прогнозы для места, где мы не получим больше данных в течение длительного времени», — говорит Тейлор Перрон, профессор Сесила и Иды Грин. Департамент наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института (EAPS). «А на Марсе это дает нам машину времени, чтобы взять реки, которые сейчас мертвы, и понять, какими они были, когда они активно текли». Перрон и его коллеги опубликовали свои результаты в Proceedings of the National Academy of Sciences. Соавторами Перрона в Массачусетском технологическом институте являются первый автор Сэмюэл Берч, Пол Корлис и Джейсон Содерблом, а также Роуз Палермо и Эндрю Эштон из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI), Гэри Паркер из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн и сотрудники из Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе, Йельский университет и Корнельский университет.
|
|
|
Исследование команды выросло из недоумения Перрона и Берча по поводу рек Титана. Снимки, сделанные космическим кораблем НАСА «Кассини», показали любопытное отсутствие веерообразных дельт в устьях большинства лунных рек, в отличие от многих рек на Земле. Может ли быть так, что реки Титана не несут достаточного количества воды или наносов для образования дельт? Группа основывалась на работе соавтора Гэри Паркера, который в 2000-х годах разработал ряд математических уравнений для описания течения рек на Земле. Паркер изучал измерения рек, сделанные другими непосредственно в полевых условиях. Из этих данных он обнаружил, что существуют определенные универсальные соотношения между физическими размерами реки — ее шириной, глубиной и уклоном — и скоростью ее течения. Он составил уравнения для математического описания этих взаимосвязей с учетом других переменных, таких как гравитационное поле, действующее на реку, а также размер и плотность наносов, выталкиваемых по дну реки.
|
|
|
|
«Это означает, что реки с разной плотностью и материалами должны следовать схожим отношениям», — говорит Перрон. «Это открыло возможность применить это и к другим планетам». На Земле геологи могут проводить полевые измерения ширины реки, уклона и среднего размера наносов, и все эти данные можно ввести в уравнения Паркера, чтобы точно предсказать скорость течения реки или количество воды и наносов, которые она может переместить вниз по течению. Но для рек на других планетах измерения более ограничены и в основном основаны на изображениях и измерениях высоты, собранных удаленными спутниками. Для Марса несколько орбитальных аппаратов сделали снимки планеты с высоким разрешением. Для Титана просмотров немного и далеко друг от друга. Бёрч понял, что любая оценка речного стока на Марсе или Титане должна основываться на нескольких характеристиках, которые можно измерить по удаленным изображениям и топографии, а именно на ширине и уклоне реки. Немного поработав с алгеброй, он адаптировал уравнения Паркера для работы только с входными значениями ширины и наклона.
|
|
|
|
Затем он собрал данные по 491 реке на Земле, проверил модифицированные уравнения для этих рек и обнаружил, что прогнозы, основанные исключительно на ширине и уклоне каждой реки, были точными. Затем он применил уравнения к Марсу и, в частности, к древним рекам, ведущим в кратеры Гейл и Джезеро, которые, как считается, миллиарды лет назад были заполненными водой озерами. Чтобы предсказать расход каждой реки, он подключил к уравнениям гравитацию Марса и оценки ширины и уклона каждой реки на основе изображений и измерений высоты, сделанных орбитальными спутниками. Из своих прогнозов скорости потока команда обнаружила, что реки, вероятно, текли в течение не менее 100 000 лет в кратере Гейла и не менее 1 миллиона лет в кратере Джезеро — достаточно долго, чтобы, возможно, поддерживать жизнь. Они также смогли сравнить свои прогнозы среднего размера отложений на дне каждой реки с фактическими полевыми измерениями марсианских зерен возле каждой реки, сделанными марсоходами NASA Curiosity и Perseverance. Эти несколько полевых измерений позволили команде проверить точность их уравнений, примененных на Марсе.
|
|
|
|
Затем команда подошла к Титану. Они остановились на двух местах, где можно измерить уклоны рек, включая реку, впадающую в озеро размером с озеро Онтарио. Эта река, кажется, образует дельту, когда впадает в озеро. Тем не менее, дельта — одна из немногих, которые, как считается, существуют на Луне — почти каждая видимая река, впадающая в озеро, таинственным образом не имеет дельты. Команда также применила свой метод к одной из этих других рек без дельты. Они рассчитали сток обеих рек и обнаружили, что они могут быть сравнимы с некоторыми из крупнейших рек на Земле, а дельты, по оценкам, имеют такой же большой расход, как Миссисипи. Обе реки должны перемещать достаточно наносов для образования дельт. Тем не менее, в большинстве рек на Титане отсутствуют веерообразные отложения. Что-то еще должно работать, чтобы объяснить это отсутствие речных отложений. В другом открытии команда подсчитала, что реки на Титане должны быть шире и иметь более пологий уклон, чем реки с таким же течением на Земле или Марсе. «Титан — самое похожее на Землю место», — говорит Берч. «Мы только мельком увидели это. Мы знаем, что там гораздо больше, и эта удаленная техника подталкивает нас немного ближе».
|
|
|
|
Источник
|
