Miljön på Titan, Saturns största måne, kan verka förvånansvärt bekant:Moln kondenserar och regnar på ytan, mata floder som rinner ut i hav och sjöar. Utanför jorden, Titan är den enda andra planetkroppen i solsystemet med aktivt flödande floder, även om de matas med flytande metan istället för vatten. Länge sedan, Mars var också värd för floder, som skurade dalar över dess nu torra yta.

Nu har MIT -forskare funnit att trots dessa likheter, topografins ursprung, eller ythöjningar, på Mars och Titan skiljer sig mycket från det på jorden.

I ett papper publicerat i Vetenskap , forskarna rapporterar att Titan, som Mars men till skillnad från jorden, har inte genomgått någon aktiv platttektonik under sitt senaste förflutna. Bergens omvälvning genom platttektonik avböjer de vägar som floder tar. Teamet fann att denna signatur saknades från flodenätverk på Mars och Titan.

"Även om processerna som skapade Titans topografi fortfarande är gåtfulla, detta utesluter några av de mekanismer vi är mest bekanta med på jorden, "säger huvudförfattaren Benjamin Black, tidigare en MIT -doktorand och nu assisterande professor vid City College i New York.

Istället, författarna föreslår att Titans topografi kan växa genom processer som förändringar i tjockleken på månens isiga skorpa, på grund av tidvatten från Saturnus.

Studien belyser också utvecklingen av landskapet på Mars, som en gång hade ett stort hav och floder av vatten. MIT -teamet ger bevis på att huvuddragen i Mars topografi bildades mycket tidigt i planetens historia, påverka vägarna för yngre flodsystem, även när vulkanutbrott och asteroidpåverkan ärrade planetens yta.

"Det är anmärkningsvärt att det finns tre världar i solsystemet där flödande floder har huggat in i landskapet, antingen för närvarande eller tidigare, säger Taylor Perron, docent i geologi vid MIT:s Department of Earth, Atmosfär och planetvetenskap (EAPS). "Det finns detta fantastiska tillfälle att använda landformerna som floderna har skapat för att lära sig hur dessa världars historier är olika."

Perron och Blacks medförfattare inkluderar tidigare MIT-grundutbildningen Elizabeth Bailey och forskare från University of California i Berkeley, University of California i Santa Cruz, och Stanford University.

Luddiga flöden

Sedan 2004 har NASA:s rymdskepp Cassini har cirkulerat Saturnus och skickat tillbaka fantastiska bilder av planetens ringar och månar till jorden. Bilder av Titans yta har gett forskare en första syn på månens floddalar, rullande sanddyner, och aktiva vädermönster. Cassini har också gjort grova mätningar av Titans topografi på vissa platser, även om dessa mätningar är mycket grövre i upplösning.

Perron och Black undrade om de kan förfina sin syn på Titans topografi genom att tillämpa vad som är känt om topografin på jorden och Mars, och hur deras floder har utvecklats.

Till exempel, på jorden, processen med platttektonik har kontinuerligt omformat landskapet, skjuta upp bergskedjor mellan kolliderande kontinentalplattor, och öppna havsbassänger när landmassor långsamt går isär. Floder, därför, anpassar sig ständigt till förändringar i topografin, sidestap runt växande bergskedjor för att nå havet.

Mars, å andra sidan, tros ha formats mestadels under den period av urtillväxt och det så kallade Late Heavy Bombardment, när asteroider huggade ut massiva slagbassänger och pressade upp enorma vulkaner.

Forskare har nu upplösta kartor över flodnätverk och topografi på både jorden och Mars, tillsammans med en växande förståelse för deras respektive historier. Perron and Black used this foundation to gain insight into Titan's topographic history.

"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, Mars, 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. Däremot, due to Titan's thick, dimmig atmosfär, 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.

Självklart, 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. Även här, 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.