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泰坦的景观类似火星而不是地球

发布时间:2018-05-15

从左到右:火星,地球和泰坦的河流网络。研究人员报告说,泰坦像火星一样,但不像地球一样,在最近的过去并没有发生任何活动的板块构造。图片:本杰明黑/美国宇航局/可见地球/ JPL /卡西尼雷达团队。根据美国航天局海盗队,美国宇航局/可见地球和美国宇航局/太平洋/卡西尼雷达队的图像

em来自麻省理工学院的新研究表明,火星和泰坦上的地表高程起源与地球上的地表高程起源有很大不同。 / em

泰坦土星最大的月亮上的环境可能看起来令人惊讶地很熟悉:云在地表凝结并降雨,为流入海洋和湖泊的河流提供食物。在地球之外,泰坦是太阳系中唯一一个拥有积极流动河流的行星体,尽管它们是由液态甲烷而不是水供给的。很久以前,火星还拥有河流,它在现在干燥的地表上冲刷着山谷。

现在,麻省理工学院的科学家们发现,尽管有这些相似之处,但火星和泰坦地形或地表高程的起源与地球上的地形或地表高程的起源有很大不同。

在今天发表于 / em Science / em&gt的一篇论文中,研究人员报告说,泰坦和火星一样,但不像地球,在最近的过去并没有经历任何活动的板块构造。板块构造带来的巨大山脉歪曲了河流走向。该小组发现,这个指示牌在火星和泰坦的河流网络中缺失。

“虽然造成泰坦地形的过程仍然是神秘的,但这排除了我们在地球上最熟悉的一些机制,”主要作者本杰明布莱克说,他以前是麻省理工学院的研究生,现在是城市学院的助理教授。纽约。

相反,作者认为泰坦的地形可能会因为来自土星的潮汐等因素而增长,如月球结冰厚度的变化。

这项研究还揭示了火星上的景观演变,这些景观曾经拥有巨大的海洋和河流。麻省理工学院的团队提供的证据表明,火星地形的主要特征形成于地球历史的早期,影响着年轻河流系统的路径,即使火山喷发和小行星撞击造成地球表面的伤痕。

“麻省理工学院地球,大气与行星科学系(EAPS)地质学副教授Taylor Perron说:”太阳系中有三个世界,不管是现在还是过去都有流动的河流刻入景观中, 。 “利用这些河流创造的地貌来学习这些世界的历史如何不同,这是一个非常好的机会。”

Perron和Black的合着者包括前麻省理工学院本科生Elizabeth Bailey以及加州大学伯克利分校,加州大学圣克鲁兹分校和斯坦福大学的研究人员。

模糊流程

自2004年以来,美国国家航空航天局的卡西尼号航天飞机一直围绕土星旋转,并将地球环和月球的惊人图像发送回地球。泰坦表面的图像让科学家们了解了月球的河谷,滚动的沙丘和活跃的天气模式。卡西尼在一些地方也对泰坦的地形进行了粗略的测量,尽管这些测量的分辨率较粗糙。

Perron和Black想知道他们是否可以通过应用已知的有关地球和火星地形的知识以及他们的河流如何演变来改进他们对泰坦地形的看法。

例如,在地球上,板块构造的过程不断地重新塑造了景观,推动了碰撞大陆板块之间的山脉向上移动,随着大陆逐渐拉开,开启了海洋盆地。因此,河流不断适应地形的变化,避开山脉到达海洋。

另一方面,火星被认为主要是在原始堆积和所谓的重型轰炸期间形成的,当时小行星雕刻出巨大的撞击盆地并推高了巨大的火山。

科学家们现在已经在地球和火星上分辨出了河网和地形图,并且对各自的历史有了越来越深的理解。 Perron和Black利用这个基础来洞察Titan的地形历史。

“我们知道关于河流的一些东西,还有一些关于地形的知识,我们预计河流会随着地形的变化而相互作用,”Black说。 “我们的目标是使用这些碎片来破解首先形成地形的代码。”

符合地形

该团队首先编制了地球,火星和泰坦的河网地图。这些地图以前由其他人为地球和火星制作;黑色使用卡西尼拍摄的图像为泰坦生成了一张河流地图。对于所有三张地图,研究人员标出了每条河流流向的方向。

然后他们以不同程度的分辨率比较了所有三个行星体的地形图。地球的地图与火星一样,细节十分清晰,展现了高山和高山上的冲击盆地。相比之下,由于泰坦厚实,朦胧的氛围,泰坦地形的全球地图非常模糊,只显示最广泛的特征。

为了直接比较地形,研究人员调低了地球和火星地图的分辨率,以匹配泰坦的分辨率。然后他们将每个行星体河网的地图叠加到它们各自的地形上,并标记出每条河流似乎都在流下。

当然,河流只会流下来。但研究小组观察到,河流可能会上坡,原因很简单,因为低分辨率的地图可能无法捕捉到更细致的细节,例如山脉可能会转移河流的流量。

当研究人员计算出泰坦河流上下坡的百分比时,这个数字与火星更接近。他们还比较了他们所称的“地形整合” - 地形坡度与河流流向之间的差异程度。在这里,他们发现泰坦与地球上的火星相似。

“我们可以做出的一个预测是,当我们最终得到更精确的Titan地形图时,我们将看到地形看起来更像是火星而不是地球,”Perron说。 “泰坦可能有一段时间以前可能形成的大范围的高低点,自那时以来,河流一直在侵蚀这种地形,而不是一直出现新的山脉,河流不断地与它们作战“。

填写图片

研究人员希望回答的最后一个问题是,由于小行星对火星的影响,火山爆发已经改变了地形。

黑方利用该小组此前开发的模拟模型来模拟火星上的河流侵蚀,并用不同的撞击坑历史记录进行建模。他发现,今天火星上河网的模式限制了火星表面改造火星的程度。这表明陨石坑在火星的历史早期就形成了最大的影响,后来由小行星撞击大多凹陷并击倒了地表。

由于卡西尼的任务计划在9月结束,佩龙表示,对泰坦表面的进一步调查将有助于指导未来的月球任务。

Perron说:“任何填写Titan表面特征的细节,超出我们在卡西尼收集的图像和地形中直接看到的内容,对于规划回报都将非常有价值,”Perron说。

这项研究部分由NASA资助。

Publicaiton:Benjamin A. Black等人,“全球排水模式和地球,火星和泰坦地形起伏的起源”,Science 19 May 2017:Vol。 356,Issue 6339,pp.727-731; DOI:10.1126 / science.aag0171

资料来源:麻省理工学院新闻社Jennifer Chu