Ученые определили интенсивность рек на Марсе и Титане

Разработана новая методика, использующая дистанционные изображения, для определения силы древних и активных рек за пределами Земли.

Об этом рассказывают в Массачусетском технологическом институте (MIT), передают OstanniPodii.com.

Кроме Земли, реки протекали еще на двух мирах Солнечной системы: Марс, где от древних рек и озер остались лишь сухие следы и кратеры, и Титан, крупнейший спутник Сатурна, где и сегодня текут реки жидкого метана.

Новая методика, разработанная геологами MIT, позволяет ученым увидеть, насколько интенсивно текли реки на Марсе и как они протекают сейчас на Титане. Метод использует спутниковые наблюдения для оценки скорости, с которой реки переносят жидкость и осадок вниз по течению.

Новости по подобной теме:

		Вода на ледяном Марсе могла течь из-за коллапса углекислого газа
		Ученые указали на место на Марсе, где потенциально может существовать жизнь
		На Марсе найден камень со странным узором

Применив новую методику, сотрудники MIT рассчитали скорость и глубину рек в определенных регионах Марса более 1 млрд. лет назад. Аналогичные оценки были сделаны и для существующих рек на Титане, хотя плотная атмосфера и удаленность спутника от Земли делают его более сложным для изучения, а доступных изображений его поверхности гораздо меньше, чем изображений Марса.

"Титан интересен тем, что он активен. С помощью этой методики мы можем делать реальные прогнозы для места, где мы не получим больше данных в течение длительного времени", - говорит Тейлор Перрон, профессор факультета наук о Земле, атмосфере и планетах MIT.

"А на Марсе это дает нам возможность воспользоваться машиной времени: взять реки, которые сейчас мертвы, и понять, какими они были, когда активно текли", - добавил он.

Перрон и его коллеги опубликовали свои результаты 10 июля в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Его соавторами являются ученые из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI), Иллинойского университета в Урбане-Шампейне, Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Йельского университета и Корнелльского университета.

Слева направо: река Хольмкельса вблизи Сверуфосса (Исландия); древние русла рек на поверхности дельты Езеро на Марсе; флюмен Сарасвати, текущий к береговой линии озера Онтарио на Титане (озеро так названо из-за схожего размера с земным Онтарио). Credits: Sam Birch (Iceland), NASA/JPL/University of Arizona (Mars), NASA/JPL-Caltech/ASI/Cassini RADAR Team (Titan)

Речная математика

Исследование, проведенное командой, выросло из озадаченности Перрона и Сэмюэла Берча из WHOI относительно рек Титана. Изображения, полученные космическим аппаратом "Кассини", показали, что в отличие от многих рек на Земле, в устьях большинства рек Титана отсутствуют веерообразные дельты. Возможно, реки Титана не несут достаточного стока или осадка для образования дельт?

Группа опиралась на работу соавтора Гэри Паркера из Иллинойского университета, который в 2000-х годах разработал ряд математических уравнений для описания речного стока на Земле. Паркер изучил результаты измерений рек, выполненных непосредственно в полевых условиях другими специалистами. На основании этих данных он пришел к выводу, что существуют определенные универсальные зависимости между физическими размерами реки -- её шириной, глубиной и уклоном -- и скоростью течения. Он составил уравнения, описывающие эти зависимости математически, с учетом других переменных, таких как гравитационное поле, действующее на реку, а также размер и плотность осадка, перемещаемого по дну реки.

"Это означает, что для рек с разной гравитацией и материалом должны существовать аналогичные зависимости", - говорит Перрон. "Это открывает возможность применить этот метод и к другим планетам".

Имея небольшое представление

На Земле геологи могут проводить полевые измерения ширины реки, ее уклона и среднего размера осадков. Все эти данные могут быть введены в уравнение Паркера для точного прогнозирования скорости течения реки, или того, сколько воды и осадочных пород она может перенести вниз по течению. Однако для рек на других планетах измерения более ограничены и в основном основаны на снимках и измерениях рельефа, полученных с помощью удаленных сателлитов. Что касается Марса, то многочисленные орбитальные аппараты сделали снимки планеты с высоким разрешением. Для Титана снимки немногочисленны и сделаны издалека.

Берч понял, что любая оценка речного потока на Марсе или Титане должна основываться на тех немногих характеристиках, которые можно измерить по дистанционным изображениям и топографии, -- а именно, на ширине и уклоне реки. С помощью алгебраических преобразований он адаптировал уравнения Паркера так, чтобы они работали только с шириной и уклоном. Затем он собрал данные по 491 реке на Земле, проверил модифицированные уравнения на этих реках и обнаружил, что прогнозы, основанные только на ширине и уклоне каждой реки, были точными.

Затем он применил эти уравнения к Марсу, в частности, к древним рекам, впадающим в кратеры Гейл и Езеро, которые, как считается, миллиарды лет назад были наполненными водой озерами. Чтобы предсказать скорость течения каждой реки, он подставил в уравнение гравитацию Марса, а также оценки ширины и уклона каждой реки, основанные на снимках и измерениях высоты, сделанных орбитальными спутниками.

На основании прогнозов скорости течения рек было установлено, что в кратер Гейла реки текли по меньшей мере 100 000 лет, а в кратер Езеро -- по меньшей мере 1 млн лет, что достаточно долго для возможного существования жизни. Они также смогли сравнить свои прогнозы относительно среднего размера осадков на дне каждой реки с реальными полевыми измерениями марсианской породы вблизи каждой реки, сделанными марсоходами Curiosity и Perseverance. Эти несколько полевых измерений позволили команде проверить точность своих уравнений, примененных на Марсе.

Затем команда перешла к изучению Титана. Они выбрали два места, где можно измерить уклоны рек, включая реку, которая впадает в озеро размером с озеро Онтарио (площадь поверхности 18,5 тыс кв.км). При впадении в озеро эта река образует дельту. Однако эта дельта -- одна из немногих, которые, вероятно, существуют на спутнике, -- почти все видимые реки, впадающие в озеро, загадочным образом не имеют дельт. Команда применила свой метод и к одной из других рек, не имеющих дельт.

Рассчитав сток обеих рек, они пришли к выводу, что их можно сравнить с некоторыми из крупнейших рек Земли, дельты которых, по оценкам специалистов, имеют сток, не меньший, чем у Миссисипи (среднегодовой сток 12 743 м³/с). Обе реки должны перемещать достаточное количество осадочных пород для образования дельт. Однако большинство рек на Титане не имеют веерообразных отложений. Должен быть какой-то другой механизм, чтобы можно было объяснить отсутствие речных отложений.

По расчетам специалистов, реки на Титане должны быть шире и иметь более пологий уклон, чем реки с таким же течением на Земле или Марсе. "Титан - наиболее похожее на Землю место", - говорит Берч. "Мы лишь мельком взглянули на него. Там, внизу, гораздо больше от того, что мы знаем, и эта отдаленная техника подталкивает нас немного ближе".

Это исследование было частично поддержано НАСА и Фондом Гейзинга-Саймонса.

• Марс
• титан