Ученые расследуют тайну пропавших дельт Титана

На этом составном изображении показан инфракрасный вид спутника Сатурна Титана с космического аппарата НАСА «Кассини», полученный во время пролета миссии «Т-114» 13 ноября 2015 года. Автор: NASA

Для ученых, желающих узнать о геологической истории планеты, речные дельты — отличное место для начала. Дельты собирают осадочные породы с большой площади в одном месте, которое можно изучать, чтобы выявить климатическую и тектоническую историю или признаки прошлой жизни. Вот почему NASA отправило свой последний марсоход в кратер Джезеро, где находится выдающаяся и хорошо сохранившаяся дельта.

Вот почему планетологи также заинтересованы в поиске дельт на спутнике Сатурна Титане. Титан — единственное планетное тело в Солнечной системе, помимо Земли, по поверхности которого в настоящее время течет жидкость, поэтому его дельты могут быть научной сокровищницей.

Одна проблема: новое исследование показало, что на Титане практически нет дельт, несмотря на наличие на нем крупных рек жидкого метана и этана.

«Для геоморфолога это немного разочаровывает, поскольку дельты должны были бы сохранить так много сведений об истории Титана», — сказал Сэм Бирч, доцент кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах Университета Брауна, который руководил работой.

Однако отсутствие дельт поднимает массу новых вопросов.

«Мы принимаем как должное, что если у вас есть реки и отложения, то у вас есть дельты», — сказал Бирч. «Но Титан странный. Это игровая площадка для изучения процессов, которые, как мы думали, мы понимаем».

Титан — крупнейший из 274 подтвержденных спутников Сатурна. Его густая азотная и метановая атмосфера порождает множество земных климатических и погодных особенностей. На Титане есть облака, ветер и дождь, а также реки, озера и моря. Но вместо воды жидкие тела Титана содержат метан и этан, которые находятся в жидком состоянии при низких температурах поверхности Титана.

Ученые узнали о жидких телах Титана, когда в 2006 году мимо него пролетел космический аппарат «Кассини». Просматривая плотную атмосферу Титана с помощью радара с синтезированной апертурой (SAR) «Кассини», космический аппарат обнаружил паутинные каналы и большие плоские области, соответствующие крупным телам жидкости.

Однако на снимках SAR Кассини в основном отсутствовали дельты — даже в устьях крупных рек. Однако было неясно, действительно ли отсутствовали дельты или они просто не отображались в данных SAR Кассини. На этот вопрос Бирч и его коллеги попытались ответить в этом новом исследовании, опубликованном в журнале Journal of Geophysical Research: Planets.

Земля, как ее видит радар Кассини. Чтобы понять, какие формы рельефа на Титане мог видеть радар Кассини, исследователи рассмотрели известные формы рельефа Земли через призму Кассини. Нижнее изображение показывает, как побережье Мексиканского залива США выглядело бы с Кассини. Автор: Birch Lab / Brown University

Проблема с данными SAR Кассини заключается в том, что жидкий метан на мелководье в значительной степени прозрачен на любых снимках. Поэтому, хотя на снимках SAR можно было увидеть широкие моря и речные русла, сложнее уверенно различить прибрежные черты, поскольку сложно увидеть, где заканчивается побережье и начинается морское дно.

Для исследования Бирч разработал численную модель для имитации того, что SAR Кассини увидел бы, если бы он смотрел на ландшафт, который ученые хорошо понимают: Землю. В модели вода в реках и океанах Земли была заменена метановой жидкостью Титана, которая имеет иные свойства поглощения радиолокационных сигналов по сравнению с водой.

«Мы в основном сделали синтетические SAR-изображения Земли, которые предполагают свойства жидкости Титана, а не Земли», — сказал Бирч. «Как только мы увидим SAR-изображения ландшафта, который мы очень хорошо знаем, мы сможем вернуться на Титан и немного лучше понять, что мы видим».

Исследование показало, что на синтетических снимках Земли, полученных с помощью РСА, четко видны крупные дельты и многие другие крупные прибрежные ландшафты.

«Если есть дельты размером с ту, что в устье реки Миссисипи, мы должны быть в состоянии увидеть ее», — сказал Бирч. «Если есть большие барьерные острова и похожие прибрежные ландшафты, подобные тем, что мы видим вдоль всего побережья Мексиканского залива США, мы должны быть в состоянии увидеть их».

Но когда Бирч и его коллеги прочесали изображения Титана в свете своего нового анализа, они оказались в основном пустыми. За исключением двух вероятных дельт около южного полюса Титана, остальные реки спутника были полностью лишены дельт. Исследователи обнаружили, что только около 1,3% крупных рек Титана, которые заканчиваются на береговых линиях, имеют дельты. На Земле, напротив, почти каждая река аналогичного размера имеет дельту.

Не совсем понятно, почему на Титане вообще нет дельт, говорит Бирч. Текучие свойства рек Титана должны делать их вполне способными переносить и откладывать осадки. Возможно, говорят исследователи, уровень моря на Титане поднимается и опускается так быстро, что дельты размазываются по ландшафту быстрее, чем они могут быть созданы в одном месте. Ветры и приливные течения вдоль побережий Титана также могут играть не менее важную роль в предотвращении образования дельт.

И отсутствующие дельты — не единственная загадка, поднятая новым исследованием. Новый анализ данных Cassini SAR о побережьях Титана выявил ямы неизвестного происхождения глубоко в озерах и морях. Исследование также обнаружило глубокие каналы на дне морей, которые, по-видимому, были прорезаны речными потоками, но неясно, как они там оказались.

По словам Бирча, для полного понимания всех этих сюрпризов потребуются дополнительные исследования.

«Это совсем не то, чего мы ожидали», — сказал Бирч. «Но Титан часто делает с нами это. Я думаю, именно это делает его таким привлекательным местом для учебы».

Больше информации: SPD Birch et al, Detectability of Coastal Landforms on Titan With the Cassini RADAR, Journal of Geophysical Research: Planets (2025). DOI: 10.1029/2024JE008737

Источник: Brown University