研究人員發現，土星最大的衛星泰坦上的波浪活動可能足以侵蝕湖泊和海洋的海岸線 _土星

使用2011年12月16日卡西尼號拍攝的經過校準的紅色、綠色和藍色過濾的泰坦圖像進行處理。來源：美國國家航空航天局/噴氣推進實驗室-加州理工學院/SSI/Kevin M.Gill
據麻省理工學院（Jennifer Chu）：土星最大的衛星泰坦是太陽系中唯一一個目前擁有活躍河流、湖泊和海洋的行星體。這些超凡脫俗的河流系統被認為充滿了液態甲烷和乙烷，這些甲烷和乙烷流入廣闊的湖泊和海洋，其中一些湖泊和海洋與地球上的五大湖一樣大。
2007年，美國國家航空航天局的卡西尼號宇宙飛船拍攝的圖像證實了泰坦的大海和較小湖泊的存在。從那時起，科學家們就開始仔細研究這些圖像和其他圖像，尋找月球神秘液體環境的線索。
現在，麻省理工學院的地質學家研究了泰坦的海岸線，并通過模擬表明，月球的大海很可能是由波浪形成的。到目前為止，科學家們根據泰坦表面的遠程圖像，發現了波浪活動的間接和相互矛盾的跡象。
麻省理工學院的團隊采用了一種不同的方法來研究泰坦上波浪的存在，首先對地球上湖泊侵蝕的方式進行了建模。然后，他們將模型應用于泰坦的海洋，以確定卡西尼號圖像中可能產生海岸線的侵蝕形式。他們發現，波浪是最有可能的解釋。
研究人員強調，他們的研究結果并不確定；要確認泰坦上有波浪，需要直接觀察月球表面的波浪活動。
麻省理工學院地球、大氣和行星科學的Cecil和Ida Green教授Taylor Perron說：“根據我們的研究結果，我們可以說，如果泰坦海洋的海岸線被侵蝕，海浪最有可能是罪魁禍首。” 。
“如果我們能站在泰坦的一個海洋邊緣，我們可能會看到液態甲烷和乙烷的波浪在風暴期間拍打海岸并撞擊海岸。它們將能夠侵蝕海岸的材料。”
Perron和他的同事，包括第一作者Rose Palermo ，前MIT-WOI聯合項目研究生和美國地質調查局的研究地質學家，在《科學進展》上發表了他們的研究。他們的合著者包括麻省理工學院研究科學家Jason Soderblom、前麻省理工大學博士后Sam Birch、現任布朗大學助理教授、伍茲霍爾海洋研究所的Andrew Ashton和康奈爾大學的Alexander Hayes 。
“采取不同的策略”
自從卡西尼號在月球表面發現液態物質以來，泰坦上波浪的存在一直是一個有爭議的話題。
Palermo說：“一些試圖尋找波浪證據的人沒有看到任何證據，他們說：“這些海洋是鏡面光滑的。其他人說，他們確實看到了液體表面的一些粗糙，但不確定是波浪造成的。”
了解泰坦的海洋是否存在波浪活動，可以為科學家提供有關月球氣候的信息，例如可能引發波浪的風的強度。波浪信息還可以幫助科學家預測泰坦海洋的形狀如何隨著時間的推移而演變。
Perron說，研究小組必須“采取不同的策略，通過觀察海岸線的形狀，看看我們是否能分辨出海岸線受到了侵蝕，而不是在泰坦的圖像中尋找波浪狀特征的直接跡象。”
泰坦的海洋被認為是由于不斷上升的液體淹沒了河谷縱橫交錯的景觀而形成的。研究人員將注意力集中在接下來可能發生的三種情況上：沒有海岸侵蝕；波浪引起的侵蝕；以及“均勻侵蝕”，要么是由“溶解”驅動的，即液體被動地溶解海岸的物質，要么是海岸在自重作用下逐漸脫落的機制。
研究人員模擬了在這三種情況下，各種海岸線形狀將如何演變。為了模擬波浪驅動的侵蝕，他們考慮了一個稱為“fetch”的變量，該變量描述了從海岸線上的一個點到湖泊或大海對面的物理距離。
巴勒莫解釋說：“波浪侵蝕是由波浪的高度和角度驅動的。” 。“我們過去用波浪高度來近似波浪高度，因為波浪高度越大，風吹和波浪生長的距離就越長。”
為了測試三種情況下海岸線形狀的差異，研究人員從一個邊緣有被洪水淹沒的河谷的模擬海洋開始。對于波浪驅動的侵蝕，他們計算了從海岸線的每一個點到其他點的提取距離，并將這些距離轉換為波浪高度。
然后，他們進行了模擬，看看波浪會如何隨著時間的推移侵蝕起始海岸線。他們將此與同一海岸線在均勻侵蝕驅動的侵蝕下的演變進行了比較。該團隊對數百種不同的起始海岸線形狀重復了這種比較建模。
他們發現，根據潛在機制的不同，末端形狀會有很大的不同。最值得注意的是，均勻的侵蝕產生了膨脹的海岸線，這些海岸線在四周均勻地加寬，即使在被洪水淹沒的河谷中也是如此，而波浪侵蝕主要使暴露于長距離取水的海岸線部分變得平滑，使被洪水淹沒了的河谷變得狹窄而粗糙。
Perron說：“我們有相同的起始海岸線，我們看到在均勻侵蝕和波浪侵蝕的情況下，你會得到完全不同的最終形狀。” 。“由于河谷被洪水淹沒，它們看起來都有點像飛行的意大利面怪物，但這兩種類型的侵蝕產生了非常不同的終點。”
研究小組通過將模擬結果與地球上的實際湖泊進行比較來檢查結果。他們發現，已知被海浪侵蝕的地球湖泊和受均勻侵蝕（如溶解的石灰巖）影響的湖泊在形狀上存在相同的差異。
海岸的形狀
他們的模型揭示了清晰、有特色的海岸線形狀，這取決于它們的進化機制。研究小組隨后想知道：在這些特征形狀內，泰坦的海岸線將適合哪里？
特別是，他們關注了泰坦上四個最大、地圖繪制最完善的海洋：克拉肯海，其大小與里海相當；Ligeia Mare ，比蘇必利爾湖還大；Punga Mare，比維多利亞湖還長；以及安大略湖，其大小約為陸地同名湖泊的20% 。
該團隊使用卡西尼號的雷達圖像繪制了每一個泰坦海的海岸線，然后將他們的建模應用于每一個海岸線，看看哪種侵蝕機制最能解釋它們的形狀。他們發現，所有四個海洋都完全符合波浪驅動的侵蝕模型，這意味著波浪產生的海岸線與泰坦的四個海洋最為相似。
Perron說：“我們發現，如果海岸線受到侵蝕，它們的形狀與波浪的侵蝕更一致，而不是均勻侵蝕或根本沒有侵蝕。” 。
研究人員正在努力確定泰坦的風必須有多強，才能激起可能反復侵蝕海岸的海浪。他們還希望從泰坦海岸線的形狀來解讀風主要從哪個方向吹。
巴勒莫說：“泰坦展現了一個完全未受影響的系統。” 。“這可以幫助我們了解更多關于海岸如何在不受人類影響的情況下侵蝕的基本知識，也許這也可以幫助我們在未來更好地管理地球上的海岸線。”