Οι λίμνες του Τιτάνα έχουν διαμορφωθεί από κύματα;

Οι προσομοιώσεις υποδηλώνουν ότι οι ακτές των λιμνών και των θαλασσών στην επιφάνεια του μεγαλύτερου φεγγαριού του Κρόνου Τιτάνα μπορεί να έχουν σχηματιστεί από διάβρωση. Αυτό προσθέτει αξιοπιστία στην πρόταση ότι τα υγρά σώματα του Τιτάνα έχουν κύματα.

Οι ερευνητές του MIT βρήκαν ότι η κυματική δραστηριότητα στο μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου μπορεί να είναι αρκετά ισχυρή ώστε να διαβρώσει τις ακτές των λιμνών και των θαλασσών.

 Ο Τιτάνας, το μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου, είναι το μόνο άλλο πλανητικό σώμα στο ηλιακό σύστημα που φιλοξενεί επί του παρόντος ενεργούς ποταμούς, λίμνες και θάλασσες. Αυτά τα αλλόκοτα συστήματα ποταμών πιστεύεται ότι είναι γεμάτα με υγρό μεθάνιο και αιθάνιο που ρέει σε μεγάλες λίμνες και θάλασσες, μερικές τόσο μεγάλες όσο οι Μεγάλες Λίμνες στη Γη.  

Η ύπαρξη των μεγάλων θαλασσών και των μικρότερων λιμνών του Τιτάνα επιβεβαιώθηκε το 2007, με εικόνες που τραβήχτηκαν από το διαστημόπλοιο Cassini της NASA.

 Από τότε, οι επιστήμονες έχουν μελετήσει αυτές και άλλες εικόνες για ενδείξεις για το μυστηριώδες υγρό περιβάλλον της Σελήνης.  Τώρα, οι γεωλόγοι του MIT μελέτησαν τις ακτές του Τιτάνα και έδειξαν μέσω προσομοιώσεων ότι οι μεγάλες θάλασσες του φεγγαριού πιθανότατα έχουν διαμορφωθεί από κύματα. Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες έχουν βρει έμμεσα και αντικρουόμενα σημάδια κυματικής δραστηριότητας, με βάση απομακρυσμένες εικόνες της επιφάνειας του Τιτάνα. 

 Η ομάδα του MIT ακολούθησε μια διαφορετική προσέγγιση για να διερευνήσει την παρουσία κυμάτων στον Τιτάνα, διαμορφώνοντας πρώτα τους τρόπους με τους οποίους μια λίμνη μπορεί να διαβρωθεί στη Γη. Στη συνέχεια εφάρμοσαν το μοντέλο τους στις θάλασσες του Τιτάνα για να προσδιορίσουν ποια μορφή διάβρωσης θα μπορούσε να έχει δημιουργήσει τις ακτές στις εικόνες του Cassini. 

Τα κύματα, βρήκαν, ήταν η πιο πιθανή εξήγηση.  Οι ερευνητές τονίζουν ότι τα αποτελέσματά τους δεν είναι οριστικά, για να επιβεβαιωθεί ότι υπάρχουν κύματα στον Τιτάνα θα απαιτηθούν άμεσες παρατηρήσεις της κυματικής δραστηριότητας στην επιφάνεια του φεγγαριού.  «Μπορούμε να πούμε, με βάση τα αποτελέσματά μας, ότι εάν οι ακτές των θαλασσών του Τιτάνα έχουν διαβρωθεί, τα κύματα είναι ο πιο πιθανός ένοχος», λέει ο Taylor Perron, ο Cecil and Ida Green Καθηγητής Γης, Ατμόσφαιρας και Πλανητών Επιστημών στο MIT. 

«Αν μπορούσαμε να σταθούμε στην άκρη μιας από τις θάλασσες του Τιτάνα, θα μπορούσαμε να δούμε κύματα υγρού μεθανίου και αιθανίου να πέφτουν στην ακτή και να συντρίβονται στις ακτές κατά τη διάρκεια καταιγίδων. Και θα ήταν ικανά να διαβρώσουν το υλικό από το οποίο είναι φτιαγμένη η ακτή». Ο Perron και οι συνεργάτες του, συμπεριλαμβανομένου του πρώτου συγγραφέα Rose Palermo, πρώην μεταπτυχιακού προγράμματος MIT-WHOI Joint Program και ερευνητής γεωλόγων στο US Geological Survey, θα δημοσιεύσουν τη μελέτη τους σε ένα προσεχές τεύχος του Science Advances.

Η παρουσία κυμάτων στον Τιτάνα ήταν ένα κάπως αμφιλεγόμενο θέμα από τότε που το Cassini εντόπισε σώματα υγρού στην επιφάνεια του φεγγαριού.  «Μερικοί άνθρωποι που προσπάθησαν να δουν στοιχεία για κύματα δεν είδαν κανένα και είπαν: Αυτές οι θάλασσες είναι ομαλές σαν καθρέφτες», λέει ο Παλέρμο. «Άλλοι είπαν ότι είδαν κάποια τραχύτητα στην επιφάνεια του υγρού, αλλά δεν ήταν σίγουροι αν τα κύματα την προκάλεσαν». 

 Γνωρίζοντας εάν οι θάλασσες του Τιτάνα φιλοξενούν τη δραστηριότητα των κυμάτων θα μπορούσε να δώσει στους επιστήμονες πληροφορίες για το κλίμα του, όπως η ισχύς των ανέμων που θα μπορούσαν να πυροδοτήσουν τέτοια κύματα. 

Οι πληροφορίες κυμάτων θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν τους επιστήμονες να προβλέψουν πώς μπορεί να εξελιχθεί το σχήμα των θαλασσών του Τιτάνα με την πάροδο του χρόνου.  Αντί να ψάχνει για άμεσες ενδείξεις χαρακτηριστικών που μοιάζουν με κύμα στις εικόνες του Τιτάνα, ο Perron λέει ότι η ομάδα έπρεπε «να πάρει μια διαφορετική αντιμετώπιση και να δει, κοιτάζοντας απλώς το σχήμα της ακτογραμμής, αν μπορούσαμε να πούμε τι διαβρώνει τις ακτές .» 

Οι θάλασσες του Τιτάνα πιστεύεται ότι σχηματίστηκαν καθώς αυξανόμενα επίπεδα υγρού πλημμύρισαν ένα τοπίο το οποίο διασχίζεται από κοιλάδες ποταμών. Οι ερευνητές εξέτασαν τρία σενάρια για το τι θα μπορούσε να συμβεί στη συνέχεια: όχι διάβρωση των ακτών, διάβρωση που προκαλείται από τα κύματα και «ομοιόμορφη διάβρωση», που προκαλείται είτε από τη «διάλυση», κατά την οποία το υγρό διαλύει παθητικά το υλικό μιας ακτής, είτε από έναν μηχανισμό στον οποίο η ακτή σταδιακά απομακρύνεται υπό το βάρος της.  

Οι ερευνητές προσομοίωσαν πώς θα εξελίσσονταν διάφορα σχήματα ακτών κάτω από καθένα από τα τρία σενάρια. Για να προσομοιώσουν τη διάβρωση που προκαλείται από τα κύματα, έλαβαν υπόψη μια μεταβλητή γνωστή ως "fetch", η οποία περιγράφει τη φυσική απόσταση από ένα σημείο σε μια ακτογραμμή στην αντίθετη πλευρά μιας λίμνης ή θάλασσας.  «Η διάβρωση των κυμάτων οφείλεται στο ύψος και τη γωνία του κύματος», εξηγεί το Παλέρμο. «Χρησιμοποιήσαμε το fetch για να προσεγγίσουμε το ύψος του κύματος, επειδή όσο μεγαλύτερη είναι η έλξη, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση στην οποία μπορεί να φυσήξει ο άνεμος και τα κύματα να μεγαλώνουν».Για να ελέγξουν πώς τα σχήματα των ακτών θα διαφέρουν μεταξύ των τριών σεναρίων, οι ερευνητές ξεκίνησαν με μια προσομοίωση θάλασσας με πλημμυρισμένες κοιλάδες ποταμών γύρω από τις άκρες της. Για τη διάβρωση που προκαλείται από τα κύματα, υπολόγισαν την απόσταση έλξης από κάθε σημείο κατά μήκος της ακτογραμμής σε κάθε άλλο σημείο και μετέτρεψαν αυτές τις αποστάσεις σε ύψη κύματος. Στη συνέχεια, έτρεξαν την προσομοίωσή τους για να δουν πώς τα κύματα θα διαβρώσουν την αρχική ακτογραμμή με την πάροδο του χρόνου. Το συνέκριναν αυτό με το πώς θα εξελισσόταν η ίδια ακτογραμμή υπό τη διάβρωση που προκαλείται από ομοιόμορφη διάβρωση. Η ομάδα επανέλαβε αυτή τη συγκριτική μοντελοποίηση για εκατοντάδες διαφορετικά σχήματα αρχικής ακτογραμμής.  Διαπίστωσαν ότι τα ακραία σχήματα ήταν πολύ διαφορετικά ανάλογα με τον υποκείμενο μηχανισμό. Πιο συγκεκριμένα, η ομοιόμορφη διάβρωση παρήγαγε διογκωμένες ακτές που διευρύνθηκαν ομοιόμορφα ολόγυρα, ακόμη και στις πλημμυρισμένες κοιλάδες των ποταμών, ενώ η κυματική διάβρωση εξομάλυνε κυρίως τα τμήματα των ακτών που εκτέθηκαν σε μεγάλες αποστάσεις, αφήνοντας τις πλημμυρισμένες κοιλάδες στενές και τραχιές.  

«Είχαμε τις ίδιες αρχικές ακτές και είδαμε ότι παίρνουν ένα πραγματικά διαφορετικό τελικό σχήμα υπό ομοιόμορφη διάβρωση έναντι κυματικής διάβρωσης», λέει ο Perron. «Όλα μοιάζουν με το ιπτάμενο τέρας των σπαγγέτι λόγω των πλημμυρισμένων κοιλάδων των ποταμών, αλλά οι δύο τύποι διάβρωσης παράγουν πολύ διαφορετικά τελικά σημεία».

 Η ομάδα έλεγξε τα αποτελέσματά της συγκρίνοντας τις προσομοιώσεις τους με πραγματικές λίμνες στη Γη. Βρήκαν την ίδια διαφορά στο σχήμα μεταξύ των λιμνών της Γης που είναι γνωστό ότι έχουν διαβρωθεί από τα κύματα και των λιμνών που επηρεάζονται από ομοιόμορφη διάβρωση, όπως ο ασβεστόλιθος που διαλύεται.  

Η μοντελοποίησή τους αποκάλυψε ξεκάθαρα, χαρακτηριστικά σχήματα ακτών, ανάλογα με τον μηχανισμό με τον οποίο εξελίχθηκαν. Στη συνέχεια, η ομάδα αναρωτήθηκε: Πού θα ταίριαζαν οι ακτές του Τιτάνα, μέσα σε αυτά τα χαρακτηριστικά σχήματα;  Συγκεκριμένα, εστίασαν σε τέσσερις από τις μεγαλύτερες, πιο καλά χαρτογραφημένες θάλασσες του Τιτάνα: το Kraken Mare, το οποίο είναι συγκρίσιμο σε μέγεθος με την Κασπία Θάλασσα. Ligeia Mare, η οποία είναι μεγαλύτερη από τη λίμνη Superior, την  Punga Mare, η οποία είναι μεγαλύτερη από τη λίμνη Βικτώρια και το Ontario Lacus, το οποίο είναι περίπου το 20% του μεγέθους του επίγειου συνονόματός του.  

Η ομάδα χαρτογράφησε τις ακτές κάθε θάλασσας του Τιτάνα χρησιμοποιώντας τις εικόνες ραντάρ του Cassini και στη συνέχεια εφάρμοσε τη μοντελοποίησή τους σε κάθε ακτογραμμή της θάλασσας για να δει ποιος μηχανισμός διάβρωσης εξηγούσε καλύτερα το σχήμα τους. Ανακάλυψαν ότι και οι τέσσερις θάλασσες ταιριάζουν σταθερά στο μοντέλο διάβρωσης που οδηγείται από τα κύματα, πράγμα που σημαίνει ότι τα κύματα παρήγαγαν ακτές που έμοιαζαν περισσότερο με τις τέσσερις θάλασσες του Τιτάνα. 

 «Βρήκαμε ότι εάν οι ακτές έχουν διαβρωθεί, τα σχήματά τους είναι πιο συνεπή με τη διάβρωση από τα κύματα παρά με την ομοιόμορφη διάβρωση ή καθόλου διάβρωση», λέει ο Perron.  Οι ερευνητές εργάζονται για να προσδιορίσουν πόσο ισχυροί πρέπει να είναι οι άνεμοι του Τιτάνα για να ξεσηκώσουν κύματα που θα μπορούσαν να εξαφανιστούν επανειλημμένα στις ακτές. Ελπίζουν επίσης να αποκρυπτογραφήσουν, από το σχήμα των ακτών του Τιτάνα, από ποιες κατευθύνσεις πνέει κυρίως ο άνεμος.  «Ο Τιτάν παρουσιάζει αυτή την περίπτωση ενός εντελώς ανέγγιχτου συστήματος», λέει ο Παλέρμο. «Θα μπορούσε να μας βοηθήσει να μάθουμε πιο θεμελιώδη πράγματα για το πώς οι ακτές διαβρώνονται χωρίς την επιρροή των ανθρώπων και ίσως αυτό μπορεί να μας βοηθήσει να διαχειριστούμε καλύτερα τις ακτές μας στη Γη στο μέλλον».

 Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε εν μέρει από τη NASA, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, το USGS και το Ίδρυμα Heising-Simons.

Γεωδίφης με πληροφορίες από το ΜΙΤ

περισσότερα

https://news.mit.edu/2024/study-titans-lakes-may-be-shaped-by-waves-0619

Signatures of wave erosion in Titan’s coasts

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn4192

https://www.eurekalert.org/news-releases/1048336