Титан, спутник Сатурна, очень похож на Землю из космоса, с реками, озерами и морями, наполненными дождем, который льется через плотную атмосферу. Хотя эти ландшафты кажутся знакомыми, они сделаны из материалов, которые, несомненно, отличаются: потоки жидкого метана пронизывают замерзшую поверхность Титана, а азотные ветры производят дюны из углеводородного песка.
Присутствие этих материалов, чьи механические свойства сильно отличаются от свойств веществ на основе силиката, из которых состоят другие известные осадочные тела в нашей Солнечной системе, делает формирование ландшафта Титана загадочным. Определив процесс, который позволил бы веществам на основе углеводородов образовывать песчинки или коренные породы в зависимости от того, как часто дуют ветры и текут ручьи, геологи из Стэнфордского университета показали, как отдельные дюны, равнины и лабиринтные ландшафты Титана могут быть сформированы.
Титан, который является целью для исследования космоса из-за его потенциальной обитаемости, является единственным другим телом в нашей Солнечной системе, которое, как известно, сегодня имеет земной сезонный цикл транспортировки жидкости. Новая модель, недавно опубликованная в журнале Geophysical Research Letters, показывает, как этот сезонный цикл управляет движением частиц по поверхности луны.
Чтобы построить модель, которая могла бы имитировать формирование различных ландшафтов Титана, ученые сначала должны были решить одну из самых больших загадок, касающихся отложений на планетарном теле: как его основные органические соединения, которые, как считается, намного больше хрупкие, чем частицы неорганического силиката на Земле, — превратиться в то, что образует отчетливые структуры, а не просто развеивается, как пыль?
На Земле силикатные породы и минералы на поверхности со временем размываются, превращаясь в зерна отложений, перемещаясь под действием ветра и потоков, чтобы отложиться в слоях, которые в конечном итоге — с помощью давления, грунтовых вод, а иногда и тепла — снова превращаются в горные породы. Эти породы затем продолжают процесс эрозии, и материалы перерабатываются через слои Земли в течение геологических эпох.
Исследователи считают, что на Титане аналогичные процессы сформировали дюны, равнины и лабиринты, видимые из космоса. Но в отличие от Земли, Марса и Венеры, где силикатные породы являются доминирующим геологическим материалом, из которого образуются отложения, считается, что отложения Титана состоят из твердых органических соединений. Ученые не смогли продемонстрировать, как эти органические соединения могут превращаться в зерна отложений, которые можно транспортировать по лунным ландшафтам в течение геологического времени.
Однако, у исследовательской группы была одна идея. Подробно изучив отложения на Земле, называемые ооидами, которые представляют собой небольшие сферические зерна, чаще всего встречающиеся в мелководных тропических морях, например, вокруг Багамских островов. Ооиды уникальны, так это их образование происходит в результате химического осаждения, которое позволяет ооидам расти, в то время как одновременный процесс эрозии замедляет рост, поскольку зерна разбиваются друг о друга волнами и штормами. Эти два конкурирующих механизма со временем уравновешивают друг друга, формируя частицы постоянного размера — этот процесс, как предполагают исследователи, может происходить и на Титане.
Вооружившись гипотезой образования отложений, ученые использовали существующие данные о климате Титана и направлении переноса отложений ветром, чтобы объяснить его отчетливые параллельные полосы геологических образований: дюны у экватора, равнины в середине широты и лабиринтные местности вблизи полюсов.
Моделирование атмосферы и данные миссии Cassini показывают, что ветры распространены вблизи экватора, что подтверждает идею о том, что там могут образовываться менее спекающиеся и, следовательно, мелкие песчинки — критический компонент дюн. Авторы исследования предсказывают затишье в переносе наносов в средних широтах по обе стороны от экватора, где спекание может преобладать и создавать более крупные зерна, в конечном итоге превращаясь в коренную породу, из которой состоят равнины Титана.
Песчинки также необходимы для формирования лунных лабиринтных ландшафтов вблизи полюсов. Исследователи считают, что эти отчетливые утесы могут быть похожи на карсты в известняке на Земле, но на Титане они представляют собой обрушившиеся образования, состоящие из растворенных органических песчаников. Речной сток и ливни гораздо чаще случаются вблизи полюсов, поэтому наносы с большей вероятностью переносятся реками, чем ветром. Подобный процесс спекания и истирания во время речного транспорта мог обеспечить местный запас крупных зерен песка - источника песчаников, которые, как считается, составляют сложные ландшафты.