Med hjälp av observationer från den internationella rymdfarkosten Cassini, forskare har utforskat de ringliknande högarna som sveper runt några av poolerna som finns vid polerna på Saturnus största måne, Titan. Studien avslöjar mer om hur dessa egenskaper bildades.

NASA/ESA/ASI Cassini-Huygens uppdrag tillbringade 13 år i det Saturniska systemet, med rymdfarkosten Cassini som bär ESA:s Huygens-sond, som landade på den iskalla månen 2005. Under Cassinis rundtur i Saturnus och dess månar, den gjorde mer än 100 förbiflygningar av Titan, avslöjar omkring 650 sjöar och hav i Titans polarområden — 300 av dem är åtminstone delvis fyllda med en flytande blandning av metan och etan.

De flesta av Titans mindre sjöar karakteriseras som skarpkantade fördjupningar, antingen tom eller full, med relativt plana golv, djup upp till 600 m, och brant, smala ytterfälgar ca 1 km breda.

Vissa sjöar, dock, är omgivna av vallar:ringformade högar som sträcker sig tiotals km från en sjös strandlinje. Till skillnad från fälgar, dessa vallar omsluter helt sin värdsjö.

"Bildandet av Titans sjöar, och deras omgivande egenskaper, är fortfarande en öppen fråga, " säger Anezina Solomonidou, en ESA-forskare vid European Space Astronomy Centre (ESAC) nära Madrid, Spanien, och huvudförfattare till en ny studie om Titans vallar.

"Voldar kan innehålla viktiga ledtrådar om hur de sjöfyllda polarområdena Titan blev vad vi ser idag. Tidigare forskning avslöjade deras existens, men hur bildades de?"

Solomonidou och hennes medarbetare kombinerade spektral- och radardata från Cassini för första gången för att utforska fem regioner nära Titans nordpol med fyllda sjöar och upphöjda vallar, och tre tomma sjöar från en närliggande region. Sjöarna varierade från 30 till 670 kvadratkilometer stora, och var helt omgivna av 200 till 300 m höga vallar som sträckte sig utåt från sjöns omkrets i upp till 30 km.

Observationerna samlades in av Cassini under åren under Titans förbiflygningar med Visual and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS), som sonderar det översta lagret av ytan (tiotals μm), och med RADAR-instrumentet, som kan penetrera längre, ner till tiotals cm, beroende på ytmaterialets egenskaper. Den senare användes både i sitt radiometriläge och med sin Synthetic Aperture Radar (SAR) Imager.

"Spektraldata visade att vallar har en annan sammansättning med avseende på omgivningen, ", tillägger Solomonidou.

"Golven i tomma sjöar vi studerade verkar också vara spektralt lika vallarna, föreslår att både tomma bassänger och vallar kan tillverkas av, eller belagd med, liknande material, och kan alltså ha bildats på liknande sätt."

Vallarnas emissionsförmåga, undersökt av medförfattaren Alice Le Gall från UVSQ:s LATMOS-laboratorium i Paris, Frankrike, liknade också en annan viktig och utbredd funktion som sågs på Titan, som forskare kallar labyrint terräng. Ett labyrintliknande landskap med olika kanaler bildade av fluvial erosion över tid, labyrint terräng misstänks vara rik på organiskt material, snarare än gjord av vattenis. Den observerade likheten tyder på att vallar kan vara rika på organiskt material, för.

"Valdar är också konsekvent kompletta:medan fälgar och andra funktioner har slitits bort och brutits upp med tiden, vallar omsluter alltid sin sjö, ", tillade Le Gall. "Detta hjälper oss att begränsa scenarierna för hur de kan ha bildats."

Den nya studien föreslår två möjliga mekanismer där sådana vallar kan skapas:antingen en process som involverar en underyta som är mättad med grundvatten, med tanke på skillnaderna i höjd mellan de tomma sjögolven och de fyllda sjöarna, eller en där bassängen med och skorpan som omger en sjö först härdar och sedan töms, leder sjön att sippra ner i underytan, och lämnar ett område av sjöbassängen som sticker ut ovanför den omgivande terrängen för att bilda en vall.

Den observerade fullständigheten av vallarna ger ytterligare insikt jämfört med de mer nedbrutna bassängkanterna. Om fälgar är gjorda av svagare material än vallar, då måste vallarna vara jämförelsevis gamla för att framstå som de gör. I detta scenario, en sjö skulle bildas, följt av en vall, och sedan en fälg, som inte kan stå emot erosion på grund av sin svagare sammansättning.

Dock, om fälgar och vallar är gjorda av samma material, då kan vallar vara relativt unga:en bassäng skulle bildas, med restmaterial indraget i fälgar och sedan i större vallar. Det sistnämnda scenariot skulle innebära att sjöar avgränsade till vallar är bland de yngsta på Titan, eftersom de ännu inte har sett sin vall eroderas och tas bort.

"Det är svårt att begränsa den exakta mekanismen för hur dessa vallar bildas, men med mer forskning kommer en ökad förståelse för spännande kroppar som Titan, " tillade Solomonidou.

"Analysen av Cassini-data från Saturnus isiga månar, särskilt när man kombinerar data från flera instrument, är mycket relevant för att förbereda JUICE-uppdraget som kommer att utforska Jupiters isiga månar, " sa medförfattaren Olivier Witasse, som också är projektforskare för ESA:s JUICE-uppdrag.

"Även om Titan är exceptionell, med sjöar och regn som inte finns i Jupiters månar, att veta mer om Titan tillför mycket till vår förståelse av solsystemets iskalla månar tillsammans."

Framtida uppdrag kommer att ytterligare undersöka det yttre solsystemet – JUICE, till exempel, kommer att lanseras 2022 och ge sig av för att utforska Jupitersystemet, medan NASA planerar att skicka ett nytt uppdrag, Trollslända, specifikt till Titan i mitten till slutet av 2020-talet. Med nästa generations rymdfarkoster som kommer att avslöja mer om de iskalla månarna runt jätteplaneterna i vårt solsystem, forskare ser fram emot att avslöja hemligheterna kring hur dessa fascinerande föremål bildades och utvecklades.

"Spektral- och emissivitetsanalys av de upphöjda vallarna runt Titans norra sjöar, " av A. Solomonidou et al. publiceras i Ikaros .