O ambiente em Titan, A maior lua de Saturno, pode parecer surpreendentemente familiar:as nuvens se condensam e chovem na superfície, alimentando rios que deságuam em oceanos e lagos. Fora da Terra, Titã é o único outro corpo planetário no sistema solar com rios fluindo ativamente, embora sejam alimentados por metano líquido em vez de água. Muito tempo atras, Marte também hospedou rios, que varreu vales em sua superfície agora árida.

Agora, os cientistas do MIT descobriram que, apesar dessas semelhanças, as origens da topografia, ou elevações de superfície, em Marte e Titã são muito diferentes dos da Terra.

Em um artigo publicado em Ciência , os pesquisadores relatam que Titan, como Marte, mas diferente da Terra, não sofreu qualquer tectônica de placas ativas em seu passado recente. A elevação das montanhas por placas tectônicas desvia os caminhos que os rios tomam. A equipe descobriu que essa assinatura reveladora estava faltando nas redes de rios em Marte e Titã.

"Embora os processos que criaram a topografia de Titã ainda sejam enigmáticos, isso exclui alguns dos mecanismos com os quais estamos mais familiarizados na Terra, "diz o autor principal Benjamin Black, ex-aluno de pós-graduação do MIT e agora professor assistente do City College of New York.

Em vez de, os autores sugerem que a topografia de Titã pode crescer através de processos como mudanças na espessura da crosta gelada da lua, devido às marés de Saturno.

O estudo também lança alguma luz sobre a evolução da paisagem em Marte, que outrora abrigou um enorme oceano e rios de água. A equipe do MIT fornece evidências de que as principais características da topografia marciana se formaram muito cedo na história do planeta, influenciando os caminhos dos sistemas fluviais mais jovens, mesmo com erupções vulcânicas e impactos de asteróides marcando a superfície do planeta.

"É notável que existam três mundos no sistema solar onde rios fluentes se formaram na paisagem, tanto no presente quanto no passado, "diz Taylor Perron, professor associado de geologia do Departamento da Terra do MIT, Ciências Atmosféricas e Planetárias (EAPS). "Há uma oportunidade incrível de usar as formas de relevo que os rios criaram para aprender como as histórias desses mundos são diferentes."

Os co-autores de Perron e Black incluem a ex-estudante do MIT Elizabeth Bailey e pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley, a Universidade da Califórnia em Santa Cruz, e a Universidade de Stanford.

Fluxos difusos

Desde 2004, A espaçonave Cassini da NASA tem circulado Saturno e enviado de volta à Terra imagens impressionantes dos anéis e luas do planeta. Imagens da superfície de Titã deram aos cientistas uma primeira visão dos vales dos rios da lua, dunas de areia ondulantes, e padrões climáticos ativos. A Cassini também fez medições aproximadas da topografia de Titã em alguns locais, embora essas medidas sejam muito mais grosseiras em resolução.

Perron e Black se perguntaram se poderiam refinar sua visão da topografia de Titã aplicando o que se sabe sobre a topografia da Terra e de Marte, e como seus rios evoluíram.

Por exemplo, na terra, o processo de placas tectônicas remodelou continuamente a paisagem, empurrando cadeias de montanhas entre placas continentais em colisão, e a abertura de bacias oceânicas à medida que as massas de terra lentamente se separam. Rios, Portanto, estão constantemente se adaptando às mudanças na topografia, contornando as crescentes cadeias de montanhas para chegar ao oceano.

Marte, por outro lado, acredita-se que tenha sido moldado principalmente durante o período de acréscimo primordial e o chamado Bombardeio Pesado Tardio, quando asteróides esculpiram bacias de impacto maciças e empurraram vulcões enormes.

Os cientistas agora têm mapas bem resolvidos de redes de rios e topografia da Terra e de Marte, junto com uma compreensão crescente de suas respectivas histórias. Perron e Black usaram essa base para obter informações sobre a história topográfica de Titã.

"Nós sabemos algo sobre rios, 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, Marte, 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. Por contraste, due to Titan's thick, hazy atmosphere, 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.

Claro, 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. Aqui também, 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.