研究人员发现土卫六上的波浪活动可能强烈到足以侵蚀湖泊和海洋的海岸线

土星最大的卫星土卫六是太阳系中目前唯一拥有活跃河流、湖泊和海洋的行星。据信这些超凡脱俗的河流系统充满了液态甲烷和乙烷，流入宽阔的湖泊和海洋，其中一些湖泊和海洋与地球上的五大湖一样大。

2007 年，美国宇航局的卡西尼号太空船拍摄的照片证实了土卫六上存在大型海洋和小型湖泊。从那时起，科学家们就开始仔细研究这些照片和其他照片，寻找这颗卫星神秘液体环境的线索。

现在，麻省理工学院的地质学家研究了土卫六的海岸线，并通过模拟表明，这颗卫星的海洋很可能是由海浪形成的。到目前为止，科学家们根据土卫六表面的远程图像发现了间接且相互矛盾的海浪活动迹象。

麻省理工学院的研究小组采用了不同的方法来调查土卫六上波浪的存在，他们首先模拟了地球上湖泊的侵蚀方式。然后，他们将模型应用到土卫六的海洋中，以确定哪种形式的侵蚀可能形成了卡西尼号照片中的海岸线。他们发现，波浪是最有可能的解释。

研究人员强调，他们的研究结果尚不确定;要确认土卫六上存在波浪，需要直接观察卫星表面的波浪活动。

“根据我们的研究结果，我们可以说，如果土卫六海洋的海岸线遭到侵蚀，那么海浪是最有可能的罪魁祸首，”麻省理工学院地球、大气和行星科学系塞西尔和艾达格林教授泰勒佩隆说。

“如果我们能站在土卫六海洋的边缘，我们可能会看到液态甲烷和乙烷的波浪在暴风雨中拍打海岸、冲击海岸。它们能够侵蚀海岸的物质。”

Perron 和他的同事在《科学进展》上发表了他们的研究成果，其中包括第一作者 Rose Palermo，她曾是麻省理工学院-伍兹霍尔海洋研究所联合项目的研究生，也是美国地质调查局的研究地质学家。他们的合著者包括麻省理工学院的研究科学家 Jason Soderblom、前麻省理工学院博士后 Sam Birch(现为布朗大学助理教授)、伍兹霍尔海洋研究所的 Andrew Ashton 和康奈尔大学的 Alexander Hayes。

“采取不同的策略”

自从卡西尼号在土卫六表面发现液体以来，土卫六上是否存在波浪一直是一个颇具争议的话题。

“有些人试图寻找波浪的证据，但没有发现任何痕迹，他们说‘这些海洋就像镜子一样光滑’，”帕勒莫说。“其他人说他们确实看到了液体表面的一些粗糙感，但不确定这是否是波浪造成的。”

了解土卫六海洋是否存在波浪活动可以为科学家提供关于卫星气候的信息，例如可以掀起波浪的风力大小。波浪信息还可以帮助科学家预测土卫六海洋的形状会如何随时间演变。

佩隆说，研究小组不需要在土卫六的图像中直接寻找波浪状特征的迹象，而是“采取不同的策略，只通过观察海岸线的形状，就能知道是什么侵蚀了海岸”。

据信，土卫六的海洋是在液位上升淹没河谷纵横交错的地貌时形成的。研究人员将接下来可能发生的三种情况归结为：没有海岸侵蚀;海浪侵蚀;“均匀侵蚀”，要么由“溶解”驱动，即液体被动溶解海岸物质，要么由海岸在自身重量下逐渐脱落的机制驱动。

研究人员模拟了三种情景下各种海岸线形状的演变。为了模拟波浪驱动的侵蚀，他们考虑了一个称为“fetch”的变量，它描述了海岸线上某一点到湖泊或海洋对岸的物理距离。

“海浪侵蚀是由海浪的高度和角度决定的，”帕勒莫解释道。“我们使用风速来近似海浪高度，因为风速越大，风吹过的距离就越长，海浪生长的距离就越长。”

为了测试三种情景下海岸线形状有何不同，研究人员首先模拟了海洋，其边缘有被洪水淹没的河谷。对于波浪驱动的侵蚀，他们计算了海岸线上每个点到其他每个点的距离，并将这些距离转换为波浪高度。

然后，他们运行模拟，观察海浪如何随着时间的推移侵蚀起始海岸线。他们将其与同一海岸线在均匀侵蚀驱动下的演变情况进行了比较。该团队对数百种不同的起始海岸线形状重复了这种比较建模。

他们发现，最终形状因潜在机制的不同而有很大差异。最明显的是，均匀侵蚀产生了膨胀的海岸线，海岸线四周均匀变宽，甚至在被洪水淹没的河谷也是如此，而波浪侵蚀主要使暴露在长距离河段的海岸线部分变得平滑，使被洪水淹没的河谷变得狭窄而崎岖。

“我们有相同的起始海岸线，但我们发现，在均匀侵蚀和波浪侵蚀下，最终形状截然不同，”佩隆说。“由于河谷被洪水淹没，它们看起来都像飞行的意大利面条怪物，但这两种侵蚀产生的终点非常不同。”

研究小组通过将模拟结果与地球上的实际湖泊进行比较来检查结果。他们发现，已知受海浪侵蚀的地球湖泊与受均匀侵蚀(如溶解石灰石)影响的湖泊在形状上存在相同差异。

海岸的形状

他们的模型揭示了清晰、典型的海岸线形状，这取决于海岸线的演化机制。团队随后想知道：土卫六的海岸线在这些典型形状中的位置在哪里?

他们特别关注了土卫六上四个最大的、地图绘制最完善的海洋：克拉肯海，大小与里海相当;丽姬亚海，比苏必利尔湖还大;蓬加海，比维多利亚湖还长;安大略湖，面积约为陆地安大略湖的 20%。

研究小组利用卡西尼号的雷达图像绘制了土卫六各海的海岸线，然后将他们的模型应用到每条海岸线上，看看哪种侵蚀机制最能解释它们的形状。他们发现，这四条海都完全符合波浪驱动的侵蚀模型，这意味着波浪产生的海岸线与土卫六的四条海最为相似。

“我们发现，如果海岸线遭到侵蚀，其形状与海浪侵蚀更为一致，而不是均匀侵蚀或根本没有侵蚀，”佩隆说。

研究人员正在努力确定土卫六的风力需要多强才能激起能够反复侵蚀海岸的海浪。他们还希望根据土卫六海岸线的形状来判断风主要从哪个方向吹来。

“泰坦代表了一个完全未受影响的系统，”帕勒莫说。“它可以帮助我们了解海岸在没有人类影响的情况下如何侵蚀的更多基本知识，也许这可以帮助我们在未来更好地管理地球上的海岸线。”