Forscher entdecken, dass die Wellenaktivität auf Titan stark genug sein könnte, um die Ufer von Seen und Meeren zu erodieren.

Titan, Saturns größter Mond, ist der einzige andere Planetenkörper im Sonnensystem, der derzeit aktive Flüsse, Seen und Meere beherbergt. Es wird angenommen, dass diese jenseitigen Flusssysteme mit flüssigem Methan und Ethan gefüllt sind, die in riesige Seen und Meere fließen, von denen einige so groß sind wie die Großen Seen auf der Erde.

Die Existenz der großen Meere und kleineren Seen des Titanen wurde 2007 durch Bilder der NASA-Raumsonde Cassini bestätigt. Seitdem haben Wissenschaftler diese und andere Bilder auf der Suche nach Hinweisen auf die mysteriöse flüssige Umgebung des Mondes durchforstet.

Jetzt haben MIT-Geologen die Küstenlinie von Titan untersucht und durch Simulationen gezeigt, dass die großen Meere des Mondes wahrscheinlich durch Wellen geformt wurden. Bisher haben Wissenschaftler anhand entfernter Bilder der Titanoberfläche indirekte und widersprüchliche Anzeichen von Wellenaktivität gefunden.

Das MIT-Team verfolgte einen anderen Ansatz zur Untersuchung des Vorhandenseins von Wellen auf Titan und modellierte zunächst, wie ein See auf der Erde erodieren könnte. Anschließend wandten sie ihre Modellierung auf die Meere des Titanen an, um zu bestimmen, welche Form der Erosion die Küstenlinien in Cassinis Bildern hervorgebracht haben könnte. Sie fanden heraus, dass Wellen die wahrscheinlichste Erklärung waren.

Die Forscher betonen, dass ihre Ergebnisse nicht endgültig seien; Um zu bestätigen, dass es auf Titan Wellen gibt, müssen wir die Wellenaktivität auf der Mondoberfläche direkt beobachten.

„Auf der Grundlage unserer Ergebnisse können wir sagen, dass Wellen wahrscheinlich die Ursache für die Erosion der Küsten der Meere des Titanen sind“, sagt Taylor Perron, Professorin für Geowissenschaften, Atmosphäre und Planeten am MIT bei Cecil und Ida Green.

„Wenn wir am Rande eines der Meere des Titanen stehen könnten, könnten wir sehen, wie Wellen flüssigen Methans und Ethans an Land gespült werden und bei Stürmen auf die Küste prallen. Und sie wären in der Lage, das Material, aus dem die Küste besteht, zu erodieren.“

Perron und Kollegen, darunter die Erstautorin Rose Palermo, eine ehemalige Doktorandin des MIT-WHOI Joint Program und Forschungsgeologin beim US Geological Survey, veröffentlichten ihre Studie in Wissenschaftler machen Fortschritte. Zu ihren Co-Autoren gehören der MIT-Forscher Jason Soderblom, der ehemalige MIT-Postdoc Sam Birch, jetzt Assistenzprofessor an der Brown University, Andrew Ashton von der Woods Hole Oceanographic Institution und Alexander Hayes von der Cornell University.

„Gehen Sie einen anderen Weg“

Das Vorhandensein von Wellen auf Titan ist ein etwas kontroverses Thema, seit Cassini flüssige Körper auf der Mondoberfläche entdeckt hat.

„Einige Leute, die versuchten, Wellenspuren zu erkennen, sahen keine und sagten: ‚Diese Meere sind glatt wie ein Spiegel‘“, sagt Palermo. „Andere berichteten, raue Stellen auf der Flüssigkeitsoberfläche gesehen zu haben, wussten aber nicht, ob die Wellen sichtbar waren.“ . die Ursache.”

Zu wissen, ob die Meere des Titanen Wellenaktivität beherbergen, könnte den Wissenschaftlern Informationen über das Klima des Mondes liefern, beispielsweise über die Stärke der Winde, die solche Wellen auslösen könnten. Welleninformationen könnten Wissenschaftlern auch dabei helfen, vorherzusagen, wie sich die Form der Meere auf Titan im Laufe der Zeit verändern könnte.

Anstatt nach direkten Anzeichen wellenartiger Merkmale in Titans Bildern zu suchen, musste das Team laut Perron „einen anderen Ansatz wählen und anhand der Form der Küstenlinie erkennen, ob wir erkennen konnten, was die Rippen erodierte“. “.

Es wird angenommen, dass die Meere des Titanen entstanden sind, als steigende Flüssigkeitsspiegel eine von Flusstälern durchzogene Landschaft überschwemmten. Die Forscher konzentrierten sich auf drei Szenarien für das, was als nächstes hätte passieren können: keine Küstenerosion; welleninduzierte Erosion; und „gleichmäßige Erosion“, verursacht entweder durch „Auflösung“, bei der die Flüssigkeit passiv die Materialien einer Küste auflöst, oder durch einen Mechanismus, bei dem sich die Küste unter ihrem eigenen Gewicht allmählich löst.

Die Forscher simulierten die Entwicklung der verschiedenen Küstenlinienformen gemäß jedem der drei Szenarien. Um wellengetriebene Erosion zu simulieren, berücksichtigten sie eine Variable namens „Fetch“, die den physischen Abstand zwischen einem Punkt an der Küste und dem gegenüberliegenden Ufer eines Sees oder Meeres beschreibt.

„Wellenerosion hängt von der Höhe und dem Winkel der Welle ab“, erklärt Palermo. „Wir haben Fetch verwendet, um die Wellenhöhe anzunähern, denn je größer der Fetch, desto weiter kann der Wind wehen und die Wellen können wachsen.“

Um Unterschiede in der Küstenform zwischen den drei Szenarien zu testen, begannen die Forscher mit einem simulierten Meer mit überfluteten Flusstälern an seinen Rändern. Für die durch Wellen verursachte Erosion berechneten sie die Erholungsentfernung zwischen jedem Punkt an der Küste und jedem anderen Punkt und wandelten diese Entfernungen in Wellenhöhen um.

Dann führten sie ihre Simulation durch, um zu sehen, wie Wellen die ursprüngliche Küstenlinie im Laufe der Zeit erodieren würden. Sie verglichen dies damit, wie sich dieselbe Küstenlinie bei gleichmäßiger Erosion verändern würde. Das Team wiederholte diese vergleichende Modellierung für Hunderte verschiedener anfänglicher Küstenlinienformen.

Sie fanden heraus, dass die Formen der Enden je nach zugrunde liegendem Mechanismus sehr unterschiedlich waren. Vor allem führte die gleichmäßige Erosion zu anschwellenden Küstenlinien, die sich rundherum gleichmäßig verbreiterten, selbst in überschwemmten Flusstälern, während die Wellenerosion vor allem die Abschnitte der Küstenlinien glättete, die lange Erholungswege erforderten, wodurch die überschwemmten Täler schmal und rau wurden.

„Wir hatten die gleichen anfänglichen Küstenlinien und stellten fest, dass man bei gleichmäßiger Erosion eine ganz andere Endform erhielt als bei Wellenerosion“, sagt Perron. „Aufgrund der überschwemmten Flusstäler sehen sie alle wie fliegende Spaghettimonster aus, aber die beiden Arten der Erosion führen zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen.“

Das Team verifizierte seine Ergebnisse, indem es seine Simulationen mit echten Seen auf der Erde verglich. Sie fanden den gleichen Formunterschied zwischen Landseen, von denen bekannt ist, dass sie durch Wellen erodiert wurden, und Seen, die von gleichmäßiger Erosion betroffen waren, beispielsweise durch die Auflösung von Kalkstein.

Die Form eines Ufers

Ihre Modellierung ergab klare und charakteristische Küstenlinienformen, basierend auf dem Mechanismus, durch den sie sich entwickelten. Das Team fragte sich dann: Wo würden die Ufer des Titanen in diese charakteristischen Formen passen?

Sie konzentrierten sich insbesondere auf vier der größten und am besten kartierten Meere Titans: Kraken Mare, dessen Größe mit dem Kaspischen Meer vergleichbar ist; Ligeia Mare, das größer ist als der Lake Superior; Punga Mare, der länger ist als der Viktoriasee; und Ontario Lacus, das etwa 20 Prozent so groß ist wie sein terrestrischer Namensvetter.

Das Team kartierte mithilfe der Radarbilder von Cassini die Küstenlinien jedes Titanmeeres und wendete dann seine Modellierung auf jede Küstenlinie des Meeres an, um herauszufinden, welcher Erosionsmechanismus ihre Form am besten erklärt. Sie fanden heraus, dass die vier Meere perfekt in das Muster der wellengetriebenen Erosion passen, was bedeutet, dass die Wellen Küstenlinien erzeugten, die den vier Meeren des Titanen am ähnlichsten waren.

„Wir haben herausgefunden, dass bei erodierten Küstenlinien ihre Formen eher einer wellenbedingten Erosion entsprechen als einer gleichmäßigen oder gar keiner Erosion“, sagt Perron.

Forscher versuchen herauszufinden, wie stark die Winde auf Titan sein müssen, um Wellen auszulösen, die wiederholt Küstenlinien erodieren könnten. Sie hoffen auch, anhand der Form der Rippen des Titanen zu entschlüsseln, woher der Wind hauptsächlich weht.

„Titan präsentiert diesen Fall eines völlig intakten Systems“, sagt Palermo. „Dies könnte uns helfen, grundlegendere Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie Küsten ohne menschlichen Einfluss erodieren, und vielleicht kann es uns dabei helfen, unsere Küsten auf der Erde in Zukunft besser zu verwalten.“

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von MIT News (web.mit.edu/newsoffice/) erneut veröffentlicht, einer beliebten Website, die über Neuigkeiten in Forschung, Innovation und Bildung des MIT berichtet.