泰坦的景观类似于火星，而不是地球

左到右：火星，地球和土卫六上的河网。研究人员报告说，泰坦像火星，但与地球不同，最近没有经历过任何活跃的板块构造。图像：本杰明·布莱克/ NASA /可见地球/ JPL /卡西尼雷达组。改编自NASA Viking，NASA / Visible Earth和NASA / JPL / Cassini RADAR团队的图像

麻省理工学院的一项新研究表明，火星和土卫六的地表高程起源与地球上的迥然不同。

土星最大的卫星泰坦（Titan）上的环境似乎令人惊讶地熟悉：云层凝结，雨水落在地表，滋润流入海洋和湖泊的河流。在地球以外，土卫六是太阳系中唯一拥有活跃河流流动的行星，尽管它们是由液态甲烷代替水。很久以前，火星还容纳了河流，这些河流冲刷了如今干旱的山谷。

现在，麻省理工学院的科学家发现，尽管存在这些相似之处，但火星和土卫六上的地形起点或表面高程与地球上的相差很大。

在今天发表在《科学》杂志上的一篇论文中，研究人员报告说，泰坦像火星，但与地球不同，最近没有经历过任何活跃的板块构造。板块构造使山脉的剧变改变了河流所走的路径。研究小组发现，火星和土卫六上的河网缺少这种有说服力的标志。

主要作者本杰明·布莱克（Benjamin Black）说：“虽然创建泰坦形貌的过程仍然是个谜，但是这排除了我们在地球上最熟悉的一些机制。”纽约。

相反，这组作者建议说，由于土星的潮汐，土卫六的地形可能会通过诸如月球冰壳厚度变化之类的过程而增长。

该研究还为火星上曾经风光无限的海洋和水河的景观演变提供了一些启示。麻省理工学院的研究小组提供的证据表明，火星地形的主要特征早在地球历史上就形成了，影响了较年轻的河流系统的路径，即使火山喷发和小行星撞击使地球表面受了伤。

麻省理工学院地球，大气和行星科学系（EAPS）地质学副教授泰勒。“利用河流创造的地貌，这是一个了不起的机会，以了解这些世界的历史是如何不同的。”

Perron和Black的合著者包括前MIT本科生Elizabeth Bailey，以及加州大学伯克利分校，加州大学圣克鲁斯分校和斯坦福大学的研究人员。

模糊流

自2004年以来，美国国家航空航天局（NASA）的卡西尼号（Cassini）航天器一直环绕土星，并将行星环和卫星的惊人影像传回地球。土卫六表面的图像使科学家对月球的河谷，起伏的沙丘和活跃的天气模式有了初步了解。卡西尼号还在某些地方对泰坦的地形进行了粗略的测量，尽管这些测量的分辨率要粗糙得多。

佩伦（Perron）和布莱克（Black）想知道他们是否可以通过应用关于地球和火星地形的已知知识以及他们的河流如何演变来完善对土卫六地形的看法。

例如，在地球上，板块构造的过程不断地重塑景观，在相撞的大陆板块之间向上推动山脉，并随着陆块的缓慢拉开而打开海盆。因此，河流不断适应地形变化，绕过不断增长的山脉到达海洋。

另一方面，火星被认为主要是在原始积聚时期和所谓的后期重磅轰炸时期形成的，当时小行星雕刻出了巨大的撞击盆地并推升了巨大的火山。

如今，科学家们对地球和火星的河流网络和地形的地图都有很好的解析，并且对它们各自的历史有了越来越多的了解。佩伦（Perron）和布莱克（Black）利用这个基础来深入了解泰坦（Titan）的地形历史。

布莱克说：“我们对河流和地形有所了解，我们希望河流在与地形的相互作用中相互作用。”“我们的目标是利用这些碎片首先破解构成地形的代码。”

符合地形

该小组首先为地球，火星和土卫六绘制了河网地图。这样的地图以前是由其他人为地球和火星绘制的；布莱克使用卡西尼号（Cassini）拍摄的图像为泰坦（Titan）绘制了河流地图。对于所有三张地图，研究人员都标记了每条河流的流动方向。

然后，他们以不同的分辨率比较了所有三个行星体的地形图。地球地图和火星地图一样，都非常清晰，显示了山峰和高起伏地带的冲击盆地。相比之下，由于土卫六浓密而朦胧的气氛，土卫六地形的全球地图极为模糊，仅显示了最广泛的特征。

为了直接比较地形，研究人员降低了地球和火星地图的分辨率，以匹配泰坦可用的分辨率。然后，他们将每个行星体河网的地图叠加到各自的地形上，并标记出似乎下坡的每条河。

当然，河流只会下山。但是研究小组发现，河流看起来似乎是在向上游流动，这仅仅是因为低分辨率的地图可能无法捕获更细微的细节，例如山脉会影响河流的流量。

当研究人员计算出土卫六上似乎下坡的河流的百分比时，该数字与火星更接近。他们还比较了所谓的“地形整合性”，即地形坡度与河流流动方向之间的融合程度。他们也在这里发现泰坦像地球上的火星。

“我们可以做出的一个预测是，当我们最终获得更精致的泰坦地形图时，我们会看到看起来更像火星而不是地球的地形，”佩伦说。“ Titan可能会在一段时间之前形成大规模的高潮和低谷，此后河水一直在侵蚀着这种地形，而不是一直冒着新的山脉，而河水一直在与之搏斗。 。”

填写图片

研究人员希望回答的最后一个问题是，由于小行星撞击火星而形成的火山口如何重塑了其地形。

布莱克使用该小组先前开发的模拟来模拟火星在具有不同撞击坑历史的河道侵蚀。他发现，如今火星上的河网格局限制了火山口重塑火星表面的程度。这表明最大的撞击坑形成于火星历史的早期，而后来由小行星撞击造成的撞击大多使表面凹陷并掉落。

由于卡西尼号的飞行任务计划于9月结束，佩伦表示，对泰坦表面的进一步调查将有助于将未来的飞行任务引向遥远的月球。

佩隆说：“除了我们可以直接从卡西尼号所收集的图像和地形图中直接看到的以外，任何填充土卫六表面状况的细节的方式都将对计划返回有帮助，”佩隆说。

这项研究部分由美国国家航空航天局（NASA）资助。

公告：Benjamin A. Black等人，“地球，火星和土卫六上的全球排水模式和地形起伏的成因”，《科学》，2017年5月19日：卷356，第6339期，第727-731页； DOI：10.1126 / science.aag0171