Титан, крупнейший спутник Сатурна, является единственным в Солнечной системе, на котором в настоящее время имеются активные реки, озера и моря. Считается, что эти системы заполнены жидким метаном и этаном, которые впадают в широкие озера и моря, некоторые из которых столь же велики, как Великие озёра на Земле (группа крупных пресноводных озёр, расположенных в Северной Америке и Канаде).
Существование больших морей и меньших озёр Титана было подтверждено в 2007 году с помощью изображений, полученных космическим аппаратом NASA «Кассини». С тех пор учёные изучали эти и другие изображения в поисках ключей к разгадке загадочной жидкой среды этого спутника.
Недавно геологи Массачусетского технологического института (MIT) изучили береговую линию Титана и с помощью моделирования показали, что его большие моря, вероятно, были сформированы волнами. До сих пор учёные находили косвенные и противоречивые признаки волновой активности, основываясь на изображениях поверхности Титана.
Команда MIT применила другой подход, сначала смоделировав способы разрушения озера на Земле. Затем они применили своё 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 подчёркивают, что результаты не являются окончательными и чтобы подтвердить наличие волн на Титане, потребуются прямые наблюдения волновой активности на поверхности Луны.
«Основываясь на наших результатах, мы можем сказать, что если береговые линии морей Титана подверглись эрозии, то, скорее всего, причинами являются волны. Если бы мы могли стоять на краю одного из морей Титана, то могли бы увидеть волны жидкого метана и этана, плещущиеся о берег и разбивающиеся о побережье во время штормов», — говорит Тейлор Перрон, профессор кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Сесила и Иды Грин в MIT.
Наличие волн на Титане стало спорной темой с тех пор, как «Кассини» обнаружил жидкость на его поверхности. «Некоторые пытались увидеть доказательства существования волн, не видели их и говорили: "Эти моря зеркально гладкие". Другие говорили, что видели "шероховатость" на поверхности, но не были уверены, что волны вызвали это», — говорит Палермо
Знание того, является ли волновая активность морей Титана, может дать учёным информацию о его климате, например, о силе ветров, которые могут вызвать такие волны. Информация о волнах также может помочь предсказать, как форма морей Титана может меняться с течением времени.
Вместо того, чтобы искать прямые признаки волнообразных особенностей на изображениях Титана, Перрон говорит, что команде пришлось «избрать другой путь 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, пересечённый речными долинами. Исследователи остановились на трёх сценариях того, что могло произойти дальше: отсутствие береговой эрозии; эрозия, вызванная волнами; и «равномерная эрозия», вызванная либо процессом, при котором жидкость растворяет побережье, либо механизмом, при котором берег постепенно отслаивается под собственным весом.
Исследователи смоделировали, как будут изменяться различные формы береговой линии в соответствии с каждым из трёх сценариев. Чтобы смоделировать волновую эрозию, они приняли во внимание переменную «выборка», которая описывает физическое расстояние от одной точки на береговой линии до противоположной стороны озера или моря.
«Волновая эрозия обусловлена высотой и углом волны. Мы использовали выборку для приблизительной высоты волны, потому что чем больше выборка, тем больше дистанция, на котором может дуть ветер и расти волны», — объясняет Палермо.
Чтобы проверить, как формы береговой линии будут различаться в трёх 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 равномерной эрозии. 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 ко 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 размытию, оставляя затопленные долины узкими и неровными.
«У нас были одинаковые начальные береговые линии, и мы увидели, что конечная форма получается совершенно разная при равномерной эрозии по сравнению с волновой эрозией. Все они похожи на летающего макаронного монстра из-за затопленных речных долин, но оба типа эрозии приводят к совершенно разным последствиям», — говорит Перрон.
Команда проверила свои результаты, сравнив модели с реальными озёрами на Земле. Они обнаружили ту же самую разницу в форме между земными озёрами, которые, как известно, были размыты волнами, и озёрами, подвергшимися равномерной эрозии, такой как растворение известняка.
Их моделирование выявило чёткие, 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 четырёх крупнейших и наиболее хорошо картированных морях Титана: Море Кракена, которое по размеру сравнимо с Каспийским морем; Лигейя-Маре, которое больше озера Верхнее; Пунга-Маре, длиннее озера Виктория; и Онтарио Лакус, которое примерно на 20 процентов меньше своего земного тёзки.
Команда нанесла на карту береговые линии каждого моря Титана, используя радиолокационные изображения «Кассини», а затем применила моделирование к каждой береговой линии, 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.
Теперь 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. Это могло бы помочь нам узнать более фундаментальные вещи о том, как побережья разрушаются без влияния людей, и, возможно, это поможет лучше управлять береговыми линиями на Земле в будущем», — говорит Палермо.