土星最大的卫星土卫六是除地球外唯一已知存在液态水的行星。液态碳氢化合物由土卫六厚厚的大气层中的雨水提供，形成了河流、湖泊和海洋，其中大部分位于极地地区。在一项新研究中，麻省理工学院的地质学家团队研究了土卫六的海岸线，发现土卫六的大型湖泊和海洋很可能是由海浪形成的。
艺术家对土星最大卫星土卫六表面的渲染。图片来源：Benjamin de Bivort，debivort.org / CC BY-SA 3.0。
自从美国宇航局的卡西尼号太空飞船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。
美国地质调查局的地质学家罗斯·帕勒莫博士说：“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。’其他人说，他们确实看到了液体表面的一些粗糙度，但不确定这是否是波浪造成的。”
“了解土卫六的海洋是否存在波浪活动可以为科学家提供有关月球气候的信息，例如可以掀起这种波浪的风力强度。”
“波浪信息还可以帮助科学家预测土卫六海洋的形状将如何随着时间的推移而演变。”
“我们没有在土卫六的图像中直接寻找波浪状特征的迹象，而是采取了不同的策略，仅通过观察海岸线的形状，就能知道是什么侵蚀了海岸。”
人们认为，土卫六的海洋是由于水位上升淹没了河谷纵横交错的地貌而形成的。
研究人员将接下来可能发生的三种情况集中到了一起：没有海岸侵蚀；由海浪驱动的侵蚀；均匀侵蚀，这种侵蚀要么由溶解驱动，即液体被动地溶解海岸的物质，要么由海岸在自身重量的作用下逐渐脱落。
他们模拟了三种情景下海岸线形状的演变过程。
为了模拟波浪驱动的侵蚀，他们考虑了一个称为“fetch”的变量，它描述了从海岸线上的一点到湖泊或海洋对面的物理距离。
帕勒莫博士说：“海浪侵蚀是由海浪的高度和角度造成的。”
“我们使用风流来近似波浪高度，因为风流越大，风吹过的距离就越长，波浪生长的距离就越长。”
卡西尼号用微波探测了土卫六的表面，发现一些水道是充满液态碳氢化合物的深峡谷。其中一个特征是 Vid Flumina，即图片左上象限中狭窄线条的分支网络。图片来源：NASA / JPL-Caltech / ASI。
为了测试三种情景下的海岸线形状有何不同，科学家们首先模拟了海洋，其边缘有被洪水淹没的河谷。
对于波浪驱动的侵蚀，他们计算了从海岸线上的每一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，他们运行模拟来观察海浪如何随着时间的推移侵蚀起始海岸线。
他们将此与同一海岸线在均匀侵蚀驱动的侵蚀下演变的方式进行了比较。
作者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，末端形状根据底层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，即使在被洪水淹没的河谷中，四周也均匀地变宽，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，最终的形状会有很大不同，”佩隆博士说。
“由于河谷被洪水淹没，它们看起来都像是飞行面条怪兽，但两种侵蚀产生的终点却截然不同。”
这张照片是 2006 年两次飞掠土卫六时拍摄的多张照片的合成图。土卫六圆盘中心附近的大型圆形特征可能是一个非常古老的撞击盆地的残留。圆形特征东南部的山脉和古老撞击痕迹西北部的长而暗的线性特征可能是撞击时释放的能量引起的土卫六构造活动的结果。图片来源：NASA/JPL/亚利桑那大学。
Perron 博士和同事通过将他们的模拟结果与地球上的实际湖泊进行比较来检查他们的结果。
他们发现，已知受海浪侵蚀的地球湖泊与受溶解的石灰岩等均匀侵蚀影响的湖泊在形状上存在同样的差异。
他们的模型揭示了清晰的、特征性的海岸线形状，这取决于它们演化的机制。
他们随后想知道：土卫六的海岸线应该位于这些特征形状的哪个位置？
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，面积约为陆地上同名湖的 20%。
研究人员利用卡西尼号的雷达图像绘制了每片土卫六海的海岸线，然后将他们的模型应用于每片海的海岸线，以查看哪种侵蚀机制最能解释它们的形状。
他们发现，四大洋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大洋最为相似。
“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，”佩隆博士说。
科学家们正在努力确定土卫六的风力要有多强，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。
巴勒莫博士说：“泰坦代表了一个完全未受影响的系统。”
“它可以帮助我们了解在没有人类影响的情况下海岸如何侵蚀的更多基本知识，也许这可以帮助我们将来更好地管理地球上的海岸线。”
这 发现 今天刊登在杂志上 科学进步。
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罗斯 V. 巴勒莫 等人. 2024. 土卫六海岸的海浪侵蚀痕迹。 科学进步 10（25）； 二：10.1126/sciadv.adn4192
2024-06-19 21:15:31
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