Титан, крупнейший спутник Сатурна, является единственным другим планетным телом в Солнечной системе, на котором в настоящее время протекают активные реки, озера и моря. Считается, что эти потусторонние речные системы заполнены жидким метаном и этаном, которые впадают в обширные озера и моря, некоторые из которых по размерам не уступают Великим озерам на Земле. Существование больших морей и озер поменьше на Титане было подтверждено в 2007 году с помощью снимков, сделанных космическим аппаратом НАСА "Кассини". С тех пор ученые изучали эти и другие снимки в поисках ключей к разгадке таинственной жидкой среды Луны. 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 снимках поверхности Титана.
Команда Массачусетского технологического института применила другой подход к исследованию наличия волн на Титане, сначала смоделировав, каким образом может разрушаться озеро на Земле. Затем они применили свое моделирование к морям Титана, чтобы определить, какая форма эрозии могла привести к образованию береговых линий на снимках, сделанных Cassini. Они обнаружили, что наиболее вероятным объяснением являются волны. Исследователи подчеркивают, что их результаты не являются окончательными; для подтверждения того, что на Титане есть волны, потребуются прямые наблюдения волновой активности на поверхности Луны. "Основываясь на наших результатах, мы можем сказать, что если береговые линии морей Титана подверглись эрозии, то наиболее вероятной причиной этого являются волны", - говорит Тейлор Перрон, профессор наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института имени Сесила и Иды Грин.
"Если бы мы могли встать на краю одного из морей Титана, мы могли бы увидеть волны жидкого метана и этана, которые накатываются на берег и разбиваются о него во время штормов. И они были бы способны разрушать материал, из которого состоит побережье". Перрон и его коллеги, включая первого автора Роуз Палермо, бывшую аспирантку совместной программы MIT и WHOI и геолога-исследователя Геологической службы США, опубликовали свое исследование в журнале Science Advances. Среди их соавторов - научный сотрудник Массачусетского технологического института Джейсон Содерблум, бывший постдок Массачусетского технологического института Сэм Берч, ныне доцент Университета Брауна, Эндрю Эштон из океанографического института Вудс-Хоул и Александр Хейс из Корнеллского университета.
Наличие волн на Титане было довольно спорной темой с тех пор, как "Кассини" обнаружил скопления жидкости на поверхности Луны. "Некоторые люди, которые пытались найти доказательства существования волн, не увидели их и сказали: "Эти моря зеркально гладкие", - говорит Палермо. "Другие говорили, что действительно видели некоторую шероховатость на поверхности жидкости, но не были уверены, что это вызвано волнами". Знание того, наблюдаются ли в морях Титана волны, 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 изменяться с течением времени. Перрон говорит, что вместо того, чтобы искать прямые признаки волнообразных особенностей на изображениях Титана, команде пришлось "пойти другим путем и посмотреть, просто взглянув на форму береговой линии, сможем ли мы определить, что разрушало берега".
Считается, что моря Титана образовались в результате повышения уровня жидкости, затопившей ландшафт, пересеченный речными долинами. Исследователи сосредоточились 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 побережье постепенно отслаивается под собственным весом. Исследователи смоделировали, как будут изменяться различные формы береговой линии при каждом из трех сценариев. Чтобы смоделировать эрозию, вызванную волнами, они учли переменную, известную как "выброс", которая описывает физическое расстояние от одной точки береговой линии до противоположной стороны озера или моря. "Волновая эрозия определяется высотой и углом наклона волны", - объясняет Палермо. "Мы использовали выборку для приблизительного определения высоты волны, потому что чем больше выборка, тем больше расстояние, на которое может дуть ветер и увеличиваться волна".
Чтобы проверить, насколько будут отличаться формы береговой линии в трех сценариях, исследователи начали с моделирования моря с затопленными речными долинами по краям. Для эрозии, вызванной волнами, они рассчитали расстояние от каждой отдельной точки вдоль береговой линии до любой другой точки и преобразовали эти расстояния в высоту волн. Затем они провели моделирование, чтобы увидеть, как волны будут размывать начальную береговую линию с течением времени. Они сравнили это с тем, как та же береговая линия будет изменяться в условиях эрозии, вызванной равномерной эрозией. Команда повторила это сравнительное моделирование для сотен различных начальных форм береговой линии. Они обнаружили, что формы концов сильно различаются в зависимости от лежащего в их основе механизма. Наиболее примечательно, что равномерная эрозия привела к вздутию береговых линий, которые равномерно расширялись по всему периметру, даже в затопленных речных долинах, в то время как волновая эрозия в основном сгладила участки береговых линий, открытые на большие расстояния, в результате чего затопленные долины стали узкими и неровными.
"У нас были одинаковые начальные береговые линии, и мы увидели, что при равномерной эрозии в отличие от волновой получается совсем другая конечная форма", - говорит Перрон. "Все они похожи на летающего макаронного монстра из-за затопленных речных долин, но эти два типа эрозии приводят к совершенно разным конечным результатам". Команда проверила свои результаты, сравнив результаты моделирования с реальными озерами на Земле. Они обнаружили одинаковую разницу в форме между земными озерами, которые, как известно, были размыты волнами, и озерами, подверженными равномерной эрозии, такой как растворение известняка. Их моделирование выявило четкие, характерные формы береговой линии, в зависимости от механизма, с помощью которого они эволюционировали. Затем команда задалась вопросом: Как бы вписались береговые линии Титана в эти характерные формы? В частности, они сосредоточились на четырех крупнейших и наиболее хорошо нанесенных на карту морях Титана: Кракен-Маре, которое по размерам сравнимо с Каспийским морем; Лигейя-Маре, которое больше озера Верхнее; Пунга-Маре, которое длиннее озера Виктория; и Онтарио-Лакус, площадь которого составляет около 20 процентов размером со своего земного тезку.
Команда нанесла на карту береговые линии каждого моря Титана, используя радиолокационные снимки Cassini, а затем применила свое моделирование к береговой линии каждого 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 образовали береговые линии, которые больше всего напоминают четыре моря Титана. "Мы обнаружили, что если береговые линии подверглись эрозии, то их очертания больше соответствуют эрозии волнами, чем равномерной эрозии или отсутствию эрозии вообще", - говорит Перрон. Исследователи работают над определением того, насколько сильными должны быть ветры на Титане, чтобы вызвать волны, которые могут неоднократно обрушиваться на побережье. Они также надеются по форме береговых линий Титана определить, с каких направлений преимущественно дует ветер. "Титан представляет собой пример полностью нетронутой системы", - говорит Палермо. "Это может помочь нам узнать больше фундаментальных вещей о том, как происходит разрушение берегов без участия людей, и, возможно, это поможет нам лучше управлять нашими береговыми линиями на Земле в будущем".
