Вчені визначили інтенсивність річок на Марсі та Титані

Розроблено нову методику, яка використовує дистанційні зображення, для визначення сили древніх і активних річок за межами Землі.

Про це розповідають в Массачусетському технологічному інституті (MIT), передають OstanniPodii.com.

Крім Землі, річки протікали ще на двох світах Сонячної системи: Марс, де від стародавніх річок та озер залишилися лише сухі сліди й кратери, і Титан, найбільший супутник Сатурна, де й сьогодні течуть річки рідкого метану.

Нова методика, розроблена геологами MIT, дає змогу вченим побачити, наскільки інтенсивно текли річки на Марсі та як вони протікають зараз на Титані. Метод використовує супутникові спостереження для оцінки швидкості, з якою річки переносять рідину та осад вниз за течією.

Застосувавши нову методику, співробітники MIT розрахували швидкість і глибину річок у певних регіонах Марса понад 1 млрд. років тому. Аналогічні оцінки було зроблено й для наявних річок на Титані, хоча щільна атмосфера та віддаленість супутника від Землі роблять його складнішим для вивчення, а доступних зображень його поверхні набагато менше, ніж зображень Марса.

"Титан цікавий тим, що він активний. За допомогою цієї методики ми можемо робити реальні прогнози для місця, де ми не отримаємо більше даних протягом тривалого часу", - каже Тейлор Перрон, професор факультету наук про Землю, атмосферу та планети MIT.

"А на Марсі це дає нам можливість скористатися машиною часу: взяти річки, які зараз мертві, і зрозуміти, якими вони були, коли активно текли", - додав він.

Перрон та його колеги опублікували свої результати 10 липня в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences. Його співавторами є науковці з Океанографічного інституту Вудс-Хоул (WHOI), Іллінойського університету в Урбані-Шампейні, Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, Єльського університету та Корнелльського університету.

Зліва направо: річка Хольмкельса поблизу Сверуфосса (Ісландія); стародавні русла річок на поверхні дельти Єзеро на Марсі; флюмен Сарасваті, що тече до берегової лінії озера Онтаріо на Титані (озеро так названо через схожий розмір із земним Онтаріо). Credits: Sam Birch (Iceland), NASA/JPL/University of Arizona (Mars), NASA/JPL-Caltech/ASI/Cassini RADAR Team (Titan)

Річкова математика

Дослідження, проведене командою, виросло зі спантеличеності Перрона та Семюела Берча з WHOI щодо річок Титана. Зображення, отримані космічним апаратом "Кассіні", показали, що на відміну від багатьох річок на Землі, в гирлах більшості річок Титана відсутні віялоподібні дельти. Можливо, річки Титана не несуть достатнього стоку або осаду для утворення дельт?

Група спиралася на роботу співавтора Гері Паркера з Іллінойського університету, який у 2000-х роках розробив низку математичних рівнянь для опису річкового стоку на Землі. Паркер вивчив результати вимірювань річок, виконаних безпосередньо в польових умовах іншими фахівцями. На підставі цих даних він дійшов висновку, що існують певні універсальні залежності між фізичними розмірами річки -- її шириною, глибиною та ухилом -- і швидкістю течії. Він склав рівняння, що описують ці залежності математично, з урахуванням інших змінних, як-от гравітаційне поле, що діє на річку, а також розмір і щільність осаду, переміщуваного по дну річки.

"Це означає, що для річок з різною гравітацією та матеріалом повинні існувати аналогічні залежності", - каже Перрон. "Це відкриває можливість застосувати цей метод і до інших планет".

Маючи мале уявлення

На Землі геологи можуть проводити польові вимірювання ширини річки, її ухилу та середнього розміру осадів. Всі ці дані можуть бути введені в рівняння Паркера для точного прогнозування швидкості течії річки, або того, скільки води та осадових порід вона може перенести вниз за течією. Однак для річок на інших планетах вимірювання більш обмежені та в основному засновані на знімках і вимірах рельєфу, отриманих за допомогою віддалених сателітів. Що стосується Марса, то численні орбітальні апарати зробили знімки планети з високою роздільною здатністю. Для Титана знімки нечисленні й зроблені здалеку.

Берч зрозумів, що будь-яка оцінка річкового потоку на Марсі або Титані має ґрунтуватися на тих небагатьох характеристиках, які можна виміряти за дистанційними зображеннями та топографією, - а саме, на ширині та ухилі річки. За допомогою алгебраїчних перетворень він адаптував рівняння Паркера так, щоб вони працювали тільки з шириною та ухилом. Потім він зібрав дані по 491 річці на Землі, перевірив модифіковані рівняння на цих річках і виявив, що прогнози, засновані тільки на ширині та ухилі кожної річки, були точними.

Потім він застосував ці рівняння до Марса, зокрема, до стародавніх річок, що впадають у кратери Гейл і Єзеро, які, як вважається, мільярди років тому були озерами, наповненими водою. Щоб передбачити швидкість течії кожної річки, він підставив у рівняння гравітацію Марса, а також оцінки ширини та ухилу кожної річки, засновані на знімках і вимірах висоти, зроблених орбітальними супутниками.

На підставі прогнозів швидкості течії річок було встановлено, що в кратер Гейла річки текли щонайменше 100 000 років, а в кратер Єзеро -- щонайменше 1 млн років, що досить довго для можливого існування життя. Вони також змогли порівняти свої прогнози щодо середнього розміру осадів на дні кожної річки з реальними польовими вимірами марсіанської породи поблизу кожної річки, зробленими марсоходами Curiosity і Perseverance. Ці кілька польових вимірювань дозволили команді перевірити точність своїх рівнянь, застосованих на Марсі.

Потім команда перейшла до вивчення Титана. Вони вибрали два місця, де можна виміряти ухили річок, включно з річкою, яка впадає в озеро розміром з озеро Онтаріо (площа поверхні 18,5 тис кв.км). При впадінні в озеро ця річка утворює дельту. Однак ця дельта -- одна з небагатьох, які, ймовірно, існують на супутнику, -- майже всі видимі річки, що впадають в озеро, загадковим чином не мають дельт. Команда застосувала свій метод і до однієї з інших річок, що не мають дельт.

Розрахувавши стік обох річок, вони дійшли висновку, що їх можна порівняти з деякими з найбільших річок Землі, дельти яких, за оцінками фахівців, мають стік, не менший, ніж у Міссісіпі (середньорічний стік 12 743 м³/с). Обидві річки повинні переміщати достатню кількість осадових порід для утворення дельт. Однак більшість річок на Титані не мають віялоподібних відкладень. Має бути якийсь інший механізм, щоб можна було пояснити відсутність річкових відкладень.

За розрахунками фахівців, річки на Титані мають бути ширшими та мати більш пологий ухил, ніж річки з такою самою течією на Землі або Марсі. "Титан - найбільш схоже на Землю місце", - каже Берч. "Ми лише мигцем глянули на нього. Там, унизу, набагато більше від того, що ми знаємо, і ця віддалена техніка підштовхує нас трохи ближче".

Це дослідження було частково підтримано НАСА та Фондом Гейзінга-Саймонса.