دانشمندان شکل‌گیری مناظر روی تیتان را مدل‌سازی می‌کنند تا یک دنیای بیگانه مانند زمین را آشکار کنند
تصویر رنگی واقعی از لایه‌های مه در جو تیتان. اعتبار: ناسا
قمر زحل، تیتان، از فضا بسیار شبیه زمین است، با رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و دریاهای پر از باران که در جو غلیظی می‌چرخند. در حالی که این مناظر ممکن است آشنا به نظر برسند، اما از موادی تشکیل شده‌اند که بدون شک متفاوت هستند – جریان‌های متان مایع سطح یخی تیتان را رد می‌کنند و بادهای نیتروژنی تپه‌های ماسه‌ای هیدروکربنی می‌سازند.
وجود این مواد – که خواص مکانیکی آنها بسیار متفاوت از مواد مبتنی بر سیلیکات است که سایر اجسام رسوبی شناخته شده در منظومه شمسی ما را تشکیل می‌دهند – شکل‌گیری منظره تیتان را مبهم می‌کند. ماتیو لاپوتر زمین‌شناس دانشگاه استنفورد و همکارانش با شناسایی فرآیندی که به مواد مبتنی بر هیدروکربن اجازه می‌دهد تا دانه‌های شن یا سنگ بستر را بسته به تعداد دفعات وزش باد و جریان جویبارها تشکیل دهند، نشان داده‌اند که تپه‌های شنی، دشتها و زمینهای لابیرنتی تیتان چگونه می‌تواند باشد.
تیتان که به دلیل قابلیت سکونت‌پذیری بالقوه هدفی برای اکتشافات فضایی است، تنها جسم دیگری در منظومه شمسی است که امروزه دارای چرخه انتقال مایعات فصلی و شبیه زمین است. مدل جدید که در 25 آوریل در Geophysical Research Letters منتشر شد، نشان می‌دهد که چگونه آن چرخه فصلی حرکت دانه‌ها را بر روی سطح ماه هدایت می‌کند.
لاپوتر، استادیار علوم زمین شناسی در دانشکده زمین، انرژی و علوم زیست محیطی استنفورد، می‌گوید: «مدل ما یک چارچوب یکپارچه اضافه می‌کند که به ما امکان می‌دهد بفهمیم که چگونه همه این محیط‌های رسوبی با هم کار می‌کنند. “اگر ما درک کنیم که چگونه قطعات مختلف پازل با هم قرار می‌گیرند و مکانیک آنها، آنگاه می‌توانیم از شکل های زمین به جا مانده از این فرآیندهای رسوبی برای گفتن چیزی در مورد آب و هوا یا تاریخ زمین شناسی تیتان و اینکه چگونه می‌توانند روی چشم انداز زندگی در تیتان تاثیر بگذارند استفاده کنیم.”
مکانیزم گم شده
برای ساختن مدلی که بتواند شکل‌گیری مناظر متمایز تیتان را شبیه‌سازی کند، لاپوتر و همکارانش ابتدا مجبور شدند یکی از بزرگ‌ترین معمای رسوبات موجود در جسم سیاره‌ای را حل کنند: چگونه ترکیبات آلی اساسی آن – که تصور می‌شود بسیار بیشتر از این است. شکننده‌تر از دانه‌های سیلیکات غیرآلی روی زمین – به دانه‌هایی تبدیل می‌شوند که ساختارهای مجزایی را تشکیل می‌دهند نه اینکه فقط به صورت گرد و غبار فرسوده شده و از بین بروند؟
روی زمین، سنگ‌های سیلیکات و مواد معدنی روی سطح به مرور زمان به دانه‌های رسوبی فرسایش می‌یابند و از طریق بادها و نهرها حرکت می‌کنند تا در لایه‌هایی رسوب کنند که در نهایت – با کمک فشار، آبهای زیرزمینی و گاهی گرما – دوباره به سنگ تبدیل می‌شوند. سپس آن سنگها فرآیند فرسایش را ادامه می‌دهند و مواد در لایه‌های زمین در طول زمان زمین‌شناسی بازیافت می‌شوند.
در تیتان، محققان فکر می‌کنند که فرآیندهای مشابه، تپه‌ها، دشتها و زمینهای هزارتویی را تشکیل داده‌اند که از فضا دیده می‌شوند. اما بر خلاف روی زمین، مریخ و زهره، که در آن سنگ‌های مشتق شده از سیلیکات مواد زمین‌شناسی غالبی هستند که رسوبات از آن مشتق می‌شوند، تصور می‌شود که رسوبات تیتان از ترکیبات آلی جامد تشکیل شده‌اند. دانشمندان نتوانسته‌اند نشان دهند که چگونه این ترکیبات آلی ممکن است به دانه‌های رسوبی تبدیل شوند.
لاپوتر گفت: همانطور که بادها دانه‌ها را حمل می‌کنند، دانه‌ها با یکدیگر و با سطح برخورد می‌کنند. این برخوردها باعث کاهش اندازه دانه در طول زمان می‌شوند. چیزی که ما از آن غافل بودیم مکانیسم رشدی بود که می‌توانست آن را متعادل کند و دانه‌های شن را قادر می‌سازد در طول زمان اندازه ثابتی داشته باشند.
آنالوگ بیگانه
تیم تحقیقاتی با نگاه کردن به رسوبات روی زمین به نام اووئید که دانه‌های کروی و کوچکی هستند که اغلب در دریاهای کم عمق گرمسیری مانند اطراف باهاما یافت می شوند، پاسخی پیدا کردند. زمانی که کربنات کلسیم از ستون آب بیرون کشیده می‌شود و به صورت لایه‌هایی در اطراف یک دانه مانند کوارتز می‌چسبد، اووئیدها تشکیل می شوند.
چیزی که اووئیدها را منحصر به فرد می‌کند، تشکیل آنها از طریق بارش شیمیایی است که به اووئیدها اجازه رشد می دهد، در حالی که فرآیند همزمان فرسایش رشد را کند می‌کند زیرا دانه‌ها توسط امواج و طوفان به یکدیگر کوبیده می‌شوند. این دو مکانیسم رقیب در طول زمان یکدیگر را متعادل می‌کنند تا یک اندازه دانه ثابت تشکیل دهند – فرآیندی که محققان پیشنهاد می‌کنند ممکن است در تیتان نیز اتفاق بیفتد.
لاپوتر گفت: “ما توانستیم این تناقض را حل کنیم که چرا تپه‌های شنی برای مدت طولانی روی تیتان وجود داشته است، حتی با وجود اینکه مواد بسیار ضعیف هستند.” ما فرض کردیم که تف جوشی (تف‌جوشی چسباندن یا چسبیدن ذرات یک یا چند ماده به یکدیگر از طریق ذوب سطحی براثر حرارت، همراه با فشار یا بدون آن، به‌طوری‌که به صورت یک توده جامد (solid mass) درآیند) می‌تواند تعادل ایجاد کند.
مناظر جهانی
لاپوتر و نویسندگان همکار با فرضیه‌ای برای تشکیل رسوب، از داده‌های موجود در مورد آب و هوای تیتان و جهت انتقال رسوب توسط باد استفاده کردند تا نوارهای موازی متمایز سازند‌های زمین‌شناسی را توضیح دهند: تپه‌های شنی نزدیک استوا، دشتها در میانه عرضهای جغرافیایی و زمینهای هزارتویی نزدیک قطبها.
مدل‌سازی جوی و داده‌های مأموریت کاسینی نشان می‌دهد که بادها در نزدیکی استوا رایج هستند و از این ایده حمایت می‌کند که تف جوشی کمتر و در نتیجه دانه‌های شن ریز (یکی از اجزای حیاتی تپه‌ها) می‌تواند در آنجا ایجاد شود. نویسندگان مطالعه سکون در انتقال رسوب را در عرضهای جغرافیایی میانی در دو طرف استوا پیش‌بینی می‌کنند، جایی که تف جوشی می‌تواند غالب باشد و دانه‌های درشت‌تر و درشت‌تر ایجاد کند و در نهایت به سنگ بستری تبدیل شود که دشت‌های تیتان را تشکیل می‌دهد.
دانه‌های شن نیز برای تشکیل زمینهای هزارتوی قمر در نزدیکی قطبها ضروری هستند. محققان فکر می‌کنند که این صخره‌های متمایز می‌توانند مانند کارست‌های موجود در سنگ آهک روی زمین باشند، اما در تیتان، این سنگها از ماسه‌سنگ‌های آلی حل‌شده ساخته شده‌اند. جریان رودخانه و طوفان‌های بارانی بیشتر در نزدیکی قطبها اتفاق می‌افتد و باعث می‌شود رسوبات بیشتر توسط رودخانه‌ها منتقل شوند تا باد. فرآیند مشابهی از تف جوشی و سایش در طول حمل و نقل رودخانه می‌تواند منبع محلی دانه‌های ماسه درشت را فراهم کند – منبعی برای ماسه سنگ‌هایی که تصور می‌شود زمین های هزارتویی را تشکیل می‌دهند.
لاپوتر گفت: «ما نشان می‌دهیم که در تیتان – درست مانند روی زمین و آنچه قبلاً در مریخ وجود داشت – یک چرخه رسوبی فعال داریم که می‌تواند توزیع عرضی مناظر را از طریق ساییدگی اپیزودیک و تف جوشی ناشی از فصول تیتان توضیح دهد. بسیار جذاب است که به این فکر کنیم که چگونه این دنیای جایگزین تا اینجا وجود دارد، جایی که همه چیز بسیار متفاوت و در عین حال بسیار مشابه است.
ترجمه: سارا سیدحاتمی
منبع:
Scientists model landscape formation on Titan, revealing an Earth-like alien world
by Danielle Tucker, Stanford University
https://phys.org/news/2022-04-scientists-landscape-formation-titan-revealing.html