L'ambiente su Titano, La luna più grande di Saturno, può sembrare sorprendentemente familiare:le nuvole si condensano e piovono sulla superficie, alimentando i fiumi che sfociano negli oceani e nei laghi. Al di fuori della Terra, Titano è l'unico altro corpo planetario nel sistema solare con fiumi che scorrono attivamente, anche se sono alimentati da metano liquido invece che da acqua. Molto tempo fa, Marte ospitava anche fiumi, che percorreva le valli sulla sua superficie ormai arida.

Ora gli scienziati del MIT hanno scoperto che, nonostante queste somiglianze, le origini della topografia, o rilievi di superficie, su Marte e Titano sono molto diverse da quelle sulla Terra.

In un articolo pubblicato su Scienza , i ricercatori riferiscono che Titano, come Marte ma a differenza della Terra, non ha subito alcuna tettonica a zolle attiva nel suo recente passato. Lo sconvolgimento delle montagne da parte della tettonica a zolle devia i percorsi che prendono i fiumi. Il team ha scoperto che questa firma rivelatrice mancava dalle reti fluviali su Marte e Titano.

"Mentre i processi che hanno creato la topografia di Titano sono ancora enigmatici, questo esclude alcuni dei meccanismi con cui abbiamo più familiarità sulla Terra, ", afferma l'autore principale Benjamin Black, ex studente laureato al MIT e ora assistente professore al City College di New York.

Anziché, gli autori suggeriscono che la topografia di Titano può crescere attraverso processi come cambiamenti nello spessore della crosta ghiacciata della luna, a causa delle maree di Saturno.

Lo studio fa anche luce sull'evoluzione del paesaggio su Marte, che un tempo ospitava un enorme oceano e fiumi d'acqua. Il team del MIT fornisce la prova che le principali caratteristiche della topografia marziana si sono formate molto presto nella storia del pianeta, influenzare i percorsi dei sistemi fluviali più giovani, anche se eruzioni vulcaniche e impatti di asteroidi hanno segnato la superficie del pianeta.

"È notevole che ci siano tre mondi nel sistema solare in cui i fiumi che scorrono hanno inciso nel paesaggio, sia presente che in passato, "dice Taylor Perron, professore associato di geologia presso il Dipartimento della Terra del MIT, Scienze atmosferiche e planetarie (EAPS). "C'è questa straordinaria opportunità di usare le morfologie che i fiumi hanno creato per imparare come le storie di questi mondi sono diverse".

I coautori di Perron e Black includono l'ex studentessa del MIT Elizabeth Bailey e ricercatori dell'Università della California a Berkeley, l'Università della California a Santa Cruz, e l'Università di Stanford.

Flussi sfocati

Dal 2004, La navicella spaziale Cassini della NASA ha orbitato intorno a Saturno e ha inviato sulla Terra immagini straordinarie degli anelli e delle lune del pianeta. Le immagini della superficie di Titano hanno fornito agli scienziati una prima visione delle valli fluviali della luna, dune di sabbia ondulate, e modelli meteorologici attivi. Cassini ha anche effettuato misurazioni approssimative della topografia di Titano in alcune località, sebbene queste misurazioni abbiano una risoluzione molto più grossolana.

Perron e Black si sono chiesti se avrebbero potuto perfezionare la loro visione della topografia di Titano applicando ciò che è noto sulla topografia sulla Terra e su Marte, e come si sono evoluti i loro fiumi.

Ad esempio, sulla terra, il processo della tettonica a zolle ha continuamente rimodellato il paesaggio, spingendo le catene montuose tra placche continentali in collisione, e l'apertura di bacini oceanici mentre le masse continentali si staccano lentamente. fiumi, perciò, si adattano costantemente ai cambiamenti della topografia, aggirando le crescenti catene montuose per raggiungere l'oceano.

Marte, d'altra parte, si pensa che sia stato formato principalmente durante il periodo di accrescimento primordiale e il cosiddetto Late Heavy Bombardment, quando gli asteroidi scavarono enormi bacini d'impatto e sollevarono enormi vulcani.

Gli scienziati ora hanno mappe ben risolte delle reti fluviali e della topografia sia sulla Terra che su Marte, insieme a una crescente comprensione delle loro rispettive storie. Perron e Black hanno usato questa base per ottenere informazioni sulla storia topografica di Titano.

"We know something about rivers, and something about topography, and we expect that rivers are interacting with topography as it evolves, " Black says. "Our goal was to use those pieces to crack the code of what formed the topography in the first place."

Conforming with topography

The team first compiled a map of river networks for Earth, Marte, and Titan. Such maps were previously made by others for Earth and Mars; Black generated a river map for Titan using images taken by Cassini. For all three maps, the researchers marked the direction each river appeared to flow.

They then compared topographic maps for all three planetary bodies, at varying degrees of resolution. Maps of Earth are sharp in detail, as are those for Mars, showing mountain peaks and impact basins in high relief. Al contrario, due to Titan's thick, atmosfera nebbiosa, the global map of Titan's topography is extremely fuzzy, showing only the broadest features.

In order to make direct comparisons between topographies, the researchers dialed down the resolution of maps for Earth and Mars, to match the resolution available for Titan. They then superimposed maps of each planetary body's river networks, onto their respective topographies, and marked every river that appeared to flow downhill.

Certo, rivers only flow downhill. But the team observed that rivers might appear to flow uphill, simply because a map at low resolution may not capture finer details such as mountain ranges which would divert a river's flow.

When the researchers tallied the percentage of rivers on Titan that appeared to flow downhill, the number more closely matched with Mars. They also compared what they called "topographic conformity"—the degree of divergence between a topography's slope and the direction of a river's flow. Anche qui, they found that Titan resembled Mars over Earth.

"One prediction we can make is that, when we eventually get more refined topographic maps of Titan, we will see topography that looks more like Mars than Earth, " Perron says. "Titan might have broad-scale highs and lows, which might have formed some time ago, and the rivers have been eroding into that topography ever since, as opposed to having new mountain ranges popping up all the time, with rivers constantly fighting against them."

Filling in a picture

One last question the researchers looked to answer was how cratering due to asteroid impacts on Mars has reshaped its topography.

Black used a simulation that the group previously developed, to model river erosion on Mars with different impact cratering histories. He found that the pattern of river networks on Mars today limits the extent to which cratering has remodeled the surface of Mars. This suggests that the biggest impact craters formed very early in Mars' history, and that later pummeling by asteroids mostly dented and dinged the surface.

As Cassini's mission is scheduled to come to an end in September, Perron says further investigation of Titan's surface will help to guide future missions to the distant moon.

"Any way of filling in the details of what Titan's surface is like, beyond what we can see directly in the images and topography Cassini has collected, will be valuable for planning a return, " Perron says.