פני השטח של טיטאן. סימולציות של גיאולוגים של MIT מצביעות על כך שהאגמים והימים בטיטאן, הירח הגדול ביותר של שבתאי, מעוצבים על ידי שחיקה מונעת על ידי גלים. קרדיט: NASA/JPL-Caltech
חוקרים מגלים שפעילות הגלים על הירח הגדול ביותר של שבתאי עשויה להיות חזקה מספיק כדי לשחוק את קווי החוף של אגמים וימים.
MIT חוקרים השתמשו בסימולציות כדי להציע שקווי החוף של טיטאן, שַׁבְתַאִיהירח הגדול ביותר של הירח, מעוצבים על ידי גלים. ממצא זה מתבסס על תמונות מ נאס"אשל קאסיני חללית, שאישרה לראשונה את קיומם של גופי המתאן והאתאן של טיטאן. הבנה כיצד גלים אלה עלולים לשחוק את קווי החוף יכולה להציע תובנות לגבי האקלים של טיטאן והתפתחות הים העתידית.
ה"מים" החוץ-ארציים הייחודיים של טיטאן
טיטאן, הירח הגדול ביותר של שבתאי, הוא הגוף הפלנטרי היחיד במערכת השמש המארח כיום נהרות, אגמים וימים פעילים. מערכות נהרות אלו נחשבות מלאות במתאן ובאתאן נוזליים הזורמים לתוך אגמים וימים רחבים, חלקם גדולים כמו האגמים הגדולים על פני כדור הארץ.
קיומם של הימים הגדולים של טיטאן והאגמים הקטנים יותר אושר ב-2007, עם תמונות שצולמו על ידי חללית קאסיני של נאס"א. מאז, מדענים בדקו בתמונות אלו ואחרות רמזים לסביבה הנוזלית המסתורית של הירח.
כעת, גיאולוגים של MIT חקרו את קווי החוף של טיטאן והראו באמצעות סימולציות כי הימים הגדולים של הירח עוצבו ככל הנראה על ידי גלים. עד כה, מדענים מצאו סימנים עקיפים ומנוגדים לפעילות הגלים, בהתבסס על תמונות מרוחקות של פני השטח של טיטאן.
האגמים של טיטאן. הירח הגדול ביותר של שבתאי, מארח נהרות, אגמים וימים פעילים, שעוצבו ככל הנראה על ידי גלים על פי חוקרי MIT שהשתמשו בסימולציות כדי לחקור את השחיקה של קווי החוף של טיטאן. קרדיט: נאס"א
גלים ככוחות שחיקה על טיטאן
צוות MIT נקט בגישה שונה כדי לחקור את נוכחותם של גלים על טיטאן, על ידי מודלים תחילה של הדרכים שבהן אגם יכול להישחק בכדור הארץ. לאחר מכן הם יישמו את הדוגמנות שלהם בים של טיטאן כדי לקבוע איזו צורת שחיקה הייתה יכולה לייצר את קווי החוף בתמונות של קאסיני. גלים, הם גילו, היו ההסבר הסביר ביותר.
החוקרים מדגישים שתוצאותיהם אינן סופיות; כדי לאשר שיש גלים על טיטאן ידרוש תצפיות ישירות של פעילות הגלים על פני הירח.
"אנו יכולים לומר, בהתבסס על התוצאות שלנו, שאם קווי החוף של הים של טיטאן נשחקו, הגלים הם האשם הסביר ביותר", אומרת טיילור פרון, פרופסור ססיל ואידה גרין למדעי כדור הארץ, האטמוספירה והפלנטריה ב-MIT. "אם היינו יכולים לעמוד בקצה אחד הימים של טיטאן, אולי נראה גלים של מתאן נוזלי ואתאן מתנפצים על החוף ומתרסקים על החופים במהלך סערות. והם יהיו מסוגלים לשחוק את החומר שממנו עשוי החוף".
דוגמה לנופי דוגמה המתחילים בקו חוף עם עמקי נהרות מוצפים (משמאל) ונשחקים בגלים (מימין למעלה) או שחיקה אחידה (מימין למטה). קרדיט: באדיבות החוקרים
פרון ועמיתיו, כולל הסופרת הראשונה רוז פאלרמו, לשעבר סטודנטית לתואר שני בתוכנית MIT-WHOI Joint Program וגיאולוגית מחקר במכון הגיאולוגי של ארה"ב, יפרסמו את המחקר שלהם בגיליון הקרוב של התקדמות המדע. מחבריהם השותפים כוללים את מדען המחקר של MIT ג'ייסון סודרבלום, לשעבר פוסט דוקטורט ב-MIT סם ברץ', כיום עוזר פרופסור באוניברסיטת בראון, אנדרו אשטון במכון האוקיאנוגרפי של Woods Hole, ואלכסנדר הייז מאוניברסיטת קורנל.
מחלוקות ותובנות על פעילות הגל של טיטאן
נוכחותם של גלים על טיטאן הייתה נושא שנוי במחלוקת משהו מאז שקאסיני הבחין בגופי נוזלים על פני הירח.
"חלק מהאנשים שניסו לראות ראיות לגלים לא ראו אף אחד, ואמרו, 'הימים האלה חלקים במראה'", אומר פאלרמו. "אחרים אמרו שהם ראו קצת חספוס על פני הנוזל אבל לא היו בטוחים אם גלים גרמו לכך."
לדעת אם פעילות הגלים של טיטאן יכולה לתת למדענים מידע על האקלים של הירח, כמו עוצמת הרוחות שעלולות להעלות גלים כאלה. מידע על גלים יכול גם לעזור למדענים לחזות כיצד צורת הים של טיטאן עשויה להתפתח לאורך זמן.
במקום לחפש סימנים ישירים של מאפיינים דמויי גל בתמונות של טיטאן, פרון אומר שהצוות היה צריך "לנקוט גישה אחרת, ולראות, רק על ידי התבוננות בצורת קו החוף, אם נוכל לדעת מה שוחק את החופים ."
טכניקות סימולציה ותרחישי שחיקה
הימים של טיטאן נוצרו כאשר רמות נוזלים עולות הציפו נוף שחצו בעמקי נהרות. החוקרים איפסו שלושה תרחישים למה שיכול היה לקרות לאחר מכן: ללא שחיקת חוף; שחיקה מונעת על ידי גלים; ו"שחיקה אחידה", המונעת או על ידי "התמוססות", שבה נוזל ממיס באופן פסיבי חומר של חוף, או מנגנון שבו החוף נשמט בהדרגה תחת משקלו שלו.
החוקרים דימו כיצד צורות שונות של קו החוף יתפתחו תחת כל אחד משלושת התרחישים. כדי לדמות שחיקה מונעת על ידי גלים, הם לקחו בחשבון משתנה המכונה "אחזור", המתאר את המרחק הפיזי מנקודה אחת על קו החוף לצד הנגדי של אגם או ים.
"שחיקת הגל מונעת על ידי גובה וזווית הגל", מסביר פלרמו. "השתמשנו באחזור כדי להעריך את גובה הגלים מכיוון שככל שהשליפה גדולה יותר, כך המרחק שבו הרוח יכולה לנשוב וגלים יכולים לגדול ארוך יותר."
כדי לבדוק כיצד צורות קו החוף יהיו שונות בין שלושת התרחישים, החוקרים התחילו עם ים מדומה עם עמקי נהר מוצפים סביב קצוותיו. עבור שחיקה מונעת על ידי גלים, הם חישבו את מרחק האחזור מכל נקודה בודדת לאורך קו החוף לכל נקודה אחרת, והמירו את המרחקים הללו לגבהי גלים. לאחר מכן, הם הפעילו את הסימולציה שלהם כדי לראות כיצד גלים ישחקו את קו החוף ההתחלתי עם הזמן. הם השוו זאת לאופן שבו אותו קו חוף יתפתח תחת שחיקה המונעת משחיקה אחידה. הצוות חזר על המודל ההשוואתי הזה עבור מאות צורות שונות של קו החוף.
השוואת סוגי שחיקה והשפעותיהם
הם גילו שצורות הקצה היו שונות מאוד בהתאם למנגנון הבסיסי. במיוחד, שחיקה אחידה יצרה קווי חוף מנופחים שהתרחבו באופן שווה מסביב, גם בעמקי הנהר המוצפים, בעוד שחיקת הגלים החליקה בעיקר את חלקי קווי החוף החשופים למרחקי אחזור ארוכים, והותירה את העמקים המוצפים צרים ומחוספסים.
"היו לנו אותם קווי חוף התחלתיים, וראינו שמקבלים צורה סופית שונה באמת תחת שחיקה אחידה לעומת שחיקת גלים", אומר פרון. "כולם נראים כמו מפלצת הספגטי המעופפת בגלל עמקי הנהר המוצפים, אבל שני סוגי השחיקה מייצרים נקודות קצה שונות מאוד."
הצוות בדק את התוצאות שלהם על ידי השוואת הסימולציות שלהם לאגמים בפועל על פני כדור הארץ. הם מצאו את אותו הבדל בצורה בין אגמי כדור הארץ שידוע כי נשחקו על ידי גלים לבין אגמים שהושפעו משחיקה אחידה, כמו המסת אבן גיר.
מיפוי ודוגמנות הים הגדולים ביותר של טיטאן
המודלים שלהם חשפו צורות ברורות ואופייניות של קו החוף, בהתאם למנגנון שבאמצעותו הם התפתחו. הצוות תהה אז: היכן יתאים קווי החוף של טיטאן, בתוך הצורות האופייניות הללו?
במיוחד, הם התמקדו בארבעה מהימים הגדולים והממופים ביותר של טיטאן: קרקן מארה, שגודלה דומה לים הכספי; Ligeia Mare, שהוא גדול יותר מאגם סופיריור; פונגה מארה, שהיא ארוכה מאגם ויקטוריה; ואונטריו לאקוס, שגודלה בערך ב-20% של שמו הארצי.
הצוות מיפה את קווי החוף של כל ים טיטאן באמצעות תמונות המכ"ם של קאסיני, ולאחר מכן יישם את המודל שלהם על כל אחד מקווי החוף של הים כדי לראות איזה מנגנון שחיקה הסביר בצורה הטובה ביותר את צורתם. הם גילו שכל ארבעת הימים משתלבים בצורה מוצקה במודל השחיקה מונע הגלים, כלומר גלים יצרו קווי חוף שהכי דומים לארבעת הימים של טיטאן.
"מצאנו שאם קווי החוף נשחקו, הצורות שלהם יותר עקביות עם שחיקה על ידי גלים מאשר על ידי שחיקה אחידה או ללא שחיקה כלל", אומר פרון.
כיווני מחקר עתידי והשלכות
החוקרים עובדים כדי לקבוע עד כמה צריכות להיות הרוחות של טיטאן חזקות כדי לעורר גלים שעלולים להתנתק שוב ושוב בחופים. הם גם מקווים לפענח, לפי צורת קווי החוף של טיטאן, מאילו כיוונים נושבת הרוח בעיקר.
"טיטאן מציג את המקרה הזה של מערכת נטולת נגיעה לחלוטין", אומר פאלרמו. "זה יכול לעזור לנו ללמוד דברים בסיסיים יותר על איך החופים נשחקים ללא השפעת אנשים, ואולי זה יכול לעזור לנו לנהל טוב יותר את קווי החוף שלנו על פני כדור הארץ בעתיד."
עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי נאס"א, הקרן הלאומית למדע, ה-USGS וקרן Heising-Simons.
