Les chercheurs découvrent que l'activité des vagues sur Titan pourrait être suffisamment forte pour éroder les côtes des lacs et des mers.

Titan, la plus grande lune de Saturne, est le seul autre corps planétaire du système solaire qui héberge actuellement des rivières, des lacs et des mers actifs. On pense que ces systèmes fluviaux d’un autre monde sont remplis de méthane et d’éthane liquides qui se jettent dans de vastes lacs et mers, certains aussi grands que les Grands Lacs sur Terre.

L'existence des grandes mers et des lacs plus petits de Titan a été confirmée en 2007, avec des images prises par la sonde spatiale Cassini de la NASA. Depuis lors, les scientifiques se sont penchés sur ces images et sur d’autres à la recherche d’indices sur le mystérieux environnement liquide de la Lune.

Aujourd'hui, les géologues du MIT ont étudié les côtes de Titan et ont montré, grâce à des simulations, que les grandes mers de la Lune ont probablement été façonnées par les vagues. Jusqu'à présent, les scientifiques ont trouvé des signes indirects et contradictoires de l'activité des vagues, sur la base d'images distantes de la surface de Titan.

L’équipe du MIT a adopté une approche différente pour étudier la présence de vagues sur Titan, en modélisant d’abord la manière dont un lac peut s’éroder sur Terre. Ils ont ensuite appliqué leur modélisation aux mers de Titan pour déterminer quelle forme d'érosion aurait pu produire les rivages sur les images de Cassini. Les vagues, ont-ils découvert, étaient l’explication la plus probable.

Les chercheurs soulignent que leurs résultats ne sont pas définitifs ; Pour confirmer qu'il y a des vagues sur Titan, il faudra observer directement l'activité des vagues à la surface de la Lune.

“Nous pouvons dire, sur la base de nos résultats, que si les côtes des mers de Titan se sont érodées, les vagues en sont probablement la cause”, déclare Taylor Perron, professeur Cecil et Ida Green de sciences de la Terre, de l'atmosphère et des planètes au MIT.

“Si nous pouvions nous tenir au bord de l'une des mers de Titan, nous pourrions voir des vagues de méthane et d'éthane liquides déferler sur le rivage et s'écraser sur les côtes lors des tempêtes. Et elles seraient capables d'éroder les matériaux qui composent la côte. “.

Perron et ses collègues, dont la première auteure Rose Palermo, ancienne étudiante diplômée du programme conjoint MIT-WHOI et géologue de recherche à l'US Geological Survey, ont publié leur étude dans Avancées scientifiques. Leurs co-auteurs incluent Jason Soderblom, chercheur au MIT, Sam Birch, ancien postdoctorant du MIT, aujourd'hui professeur adjoint à l'Université Brown, Andrew Ashton à la Woods Hole Oceanographic Institution et Alexander Hayes de l'Université Cornell.

« Adopter une approche différente »

La présence d'ondes sur Titan est un sujet quelque peu controversé depuis que Cassini a repéré des corps liquides à la surface de la Lune.

“Certaines personnes qui ont essayé de voir des traces de vagues n'en ont pas vu et ont déclaré : “Ces mers sont lisses comme un miroir”, explique Palerme. “D'autres ont déclaré avoir vu des aspérités sur la surface liquide, mais ne savaient pas si les vagues étaient visibles. l'a causé.”

Savoir si les mers de Titan abritent une activité de vagues pourrait donner aux scientifiques des informations sur le climat de la Lune, comme la force des vents qui pourraient soulever de telles vagues. Les informations sur les vagues pourraient également aider les scientifiques à prédire comment la forme des mers de Titan pourrait évoluer au fil du temps.

Plutôt que de rechercher des signes directs de caractéristiques ressemblant à des vagues dans les images de Titan, Perron dit que l'équipe a dû « adopter une approche différente et voir, simplement en regardant la forme du littoral, si nous pouvions dire ce qui érodait les côtes ». “.

On pense que les mers de Titan se sont formées lorsque les niveaux croissants de liquide ont inondé un paysage sillonné de vallées fluviales. Les chercheurs se sont concentrés sur trois scénarios pour ce qui aurait pu se produire ensuite : pas d'érosion côtière ; érosion provoquée par les vagues; et « l'érosion uniforme », provoquée soit par la « dissolution », dans laquelle le liquide dissout passivement les matériaux d'une côte, soit par un mécanisme dans lequel la côte se détache progressivement sous son propre poids.

Les chercheurs ont simulé l’évolution des différentes formes de rivage selon chacun des trois scénarios. Pour simuler l'érosion provoquée par les vagues, ils ont pris en compte une variable appelée «fetch», qui décrit la distance physique entre un point du rivage et la rive opposée d'un lac ou d'une mer.

“L'érosion des vagues dépend de la hauteur et de l'angle de la vague”, explique Palermo. “Nous avons utilisé le fetch pour approximer la hauteur des vagues, car plus le fetch est grand, plus la distance sur laquelle le vent peut souffler et les vagues peuvent se développer est longue.”

Pour tester les différences entre les formes des rivages entre les trois scénarios, les chercheurs ont commencé avec une mer simulée avec des vallées fluviales inondées sur ses bords. Pour l’érosion provoquée par les vagues, ils ont calculé la distance de récupération entre chaque point du littoral et chaque autre point, et ont converti ces distances en hauteurs de vagues.

Ensuite, ils ont exécuté leur simulation pour voir comment les vagues éroderaient le rivage de départ au fil du temps. Ils ont comparé cela à la façon dont le même littoral évoluerait sous l’effet d’une érosion uniforme. L’équipe a répété cette modélisation comparative pour des centaines de formes de rivage de départ différentes.

Ils ont constaté que les formes des extrémités étaient très différentes selon le mécanisme sous-jacent. Plus particulièrement, l’érosion uniforme a produit des rivages gonflés qui se sont élargis uniformément tout autour, même dans les vallées fluviales inondées, tandis que l’érosion par les vagues a principalement lissé les parties des rivages exposées à de longues distances de récupération, laissant les vallées inondées étroites et rugueuses.

“Nous avions les mêmes rivages de départ et nous avons constaté que l'on obtenait une forme finale très différente sous l'érosion uniforme par rapport à l'érosion par les vagues”, explique Perron. “Ils ressemblent tous à des monstres spaghetti volants à cause des vallées fluviales inondées, mais les deux types d'érosion produisent des résultats très différents.”

L’équipe a vérifié ses résultats en comparant ses simulations avec des lacs réels sur Terre. Ils ont constaté la même différence de forme entre les lacs terrestres connus pour avoir été érodés par les vagues et les lacs affectés par une érosion uniforme, telle que la dissolution du calcaire.

La forme d'un rivage

Leur modélisation a révélé des formes de rivages claires et caractéristiques, en fonction du mécanisme par lequel ils ont évolué. L'équipe s'est alors demandée : où s'adapteraient les rivages de Titan, au sein de ces formes caractéristiques ?

En particulier, ils se sont concentrés sur quatre des mers les plus grandes et les mieux cartographiées de Titan : Kraken Mare, dont la taille est comparable à celle de la mer Caspienne ; Ligeia Mare, qui est plus grande que le lac Supérieur ; Punga Mare, qui est plus longue que le lac Victoria ; et Ontario Lacus, qui mesure environ 20 pour cent de la taille de son homonyme terrestre.

L'équipe a cartographié les rivages de chaque mer de Titan à l'aide des images radar de Cassini, puis a appliqué sa modélisation à chacun des rivages de la mer pour voir quel mécanisme d'érosion expliquait le mieux leur forme. Ils ont constaté que les quatre mers s'intégraient parfaitement dans le modèle d'érosion provoquée par les vagues, ce qui signifie que les vagues produisaient des rivages qui ressemblaient le plus aux quatre mers de Titan.

“Nous avons constaté que si les côtes se sont érodées, leurs formes correspondent davantage à une érosion causée par les vagues qu'à une érosion uniforme ou à une absence d'érosion du tout”, explique Perron.

Les chercheurs tentent de déterminer quelle doit être la force des vents de Titan pour soulever des vagues qui pourraient ronger les côtes à plusieurs reprises. Ils espèrent également décrypter, à partir de la forme des côtes de Titan, d'où souffle principalement le vent.

“Titan présente ce cas d'un système totalement intact”, explique Palermo. “Cela pourrait nous aider à apprendre des choses plus fondamentales sur la manière dont les côtes s'érodent sans l'influence des humains, et peut-être que cela pourra nous aider à mieux gérer nos côtes sur Terre à l'avenir.”

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche, de l'innovation et de l'enseignement du MIT.