麻省理工学院在土星最大卫星土卫六上发现惊人的波浪活动

土卫六表面，麻省理工学院地质学家的模拟结果表明，土星最大卫星土卫六上的湖泊和海洋是由海浪侵蚀形成的。图片来源：NASA/JPL-Caltech

土卫六是土星最大的卫星，也是太阳系中目前唯一拥有活跃河流、湖泊和海洋的行星。这些异世界的河流系统被认为充满了液态甲烷和乙烷，它们流入宽阔的湖泊和海洋，有些甚至与地球上的五大湖一样大。

2007 年，美国国家航空航天局卡西尼号宇宙飞船拍摄的图像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图像和其他图像，寻找月球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，并通过模拟显示，月球上的大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遥感图像，发现了间接的、相互矛盾的波浪活动迹象。

土卫六的湖泊麻省理工学院的研究人员利用模拟技术研究了土卫六海岸线的侵蚀情况，发现土卫六最大的卫星上有活跃的河流、湖泊和海洋，很可能是由海浪形成的。资料来源：美国国家航空航天局

麻省理工学院的研究小组采用了一种不同的方法来研究土卫六上是否存在波浪，他们首先模拟了地球上湖泊的侵蚀方式。然后，他们将模型应用于土卫六的海洋，以确定卡西尼号图像中的海岸线是由哪种形式的侵蚀造成的。他们发现，海浪是最有可能的解释。

研究人员强调，他们的结果并不是最终结果；要证实土卫六上有波浪，需要对月球表面的波浪活动进行直接观测。

麻省理工学院地球、大气和行星科学塞西尔和艾达-格林教授泰勒-佩伦（Taylor Perron）说："根据我们的研究结果，我们可以说，如果土卫六海域的海岸线受到侵蚀，那么海浪很可能是罪魁祸首。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拍打着海岸，并在风暴期间撞击海岸。它们会侵蚀海岸的材料。"

模型景观示例，从河谷被洪水淹没的海岸线（左）开始，被海浪侵蚀（右上）或均匀侵蚀（右下）。图片来源：研究人员提供

佩伦和他的同事们，包括第一作者罗斯-巴勒莫（前麻省理工学院-伍兹霍尔海洋研究所联合项目研究生、美国地质调查局研究地质学家），将在即将出版的《科学进展》（Science Advances）杂志上发表他们的研究成果。他们的合著者包括麻省理工学院研究科学家杰森-索德布洛姆（Jason Soderblom）、麻省理工学院前博士后萨姆-伯奇（Sam Birch，现为布朗大学助理教授）、伍兹霍尔海洋研究所的安德鲁-阿什顿（Andrew Ashton）和康奈尔大学的亚历山大-海斯（Alexander Hayes）。

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

帕勒莫说："一些试图寻找海浪证据的人没有看到任何海浪，他们说，'这些海面平滑如镜'。其他人说，他们确实看到液体表面有些粗糙，但不确定是否是波浪造成的。"

了解土卫六海域是否有波浪活动，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的强度。波浪信息还可以帮助科学家预测土卫六海域的形状可能会如何随时间演变。

佩伦说，研究小组并没有在土卫六的图像中寻找波浪状特征的直接迹象，而是"另辟蹊径，通过观察海岸线的形状，来判断是什么侵蚀了海岸"。

土卫六的海洋被认为是在不断上升的液体淹没了河谷纵横交错的地貌后形成的。研究人员对接下来可能发生的三种情况进行了归纳：没有海岸侵蚀；由海浪驱动的侵蚀；以及"均匀侵蚀"，即由"溶解"（液体被动地溶解海岸的物质）或海岸在自身重量的作用下逐渐剥落的机制驱动。

研究人员模拟了三种情况下各种海岸线形状的演变过程。为了模拟波浪驱动的侵蚀，研究人员考虑了一个名为"fetch"的变量，它描述了从海岸线上的一点到湖泊或海洋对岸的物理距离。

"波浪侵蚀受波浪高度和角度的影响，"巴勒莫解释道。"我们用风口来估算波浪的高度，因为风口越大，风能吹过的距离就越长，波浪也就越大。"

为了测试三种情况下的海岸线形状有何不同，研究人员首先模拟了一个边缘有洪水河谷的海域。对于波浪驱动的侵蚀，他们计算了海岸线上每一点到其他每一点的距离，并将这些距离转换成波浪高度。然后，他们进行模拟，观察波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作用下的演变情况进行了比较。研究小组对数百种不同的起始海岸线形状重复进行了这种比较建模。

他们发现，根据不同的基本机制，末端形状也大不相同。最值得注意的是，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，海岸线也会均匀地向四周拓宽，而波浪侵蚀则主要使海岸线暴露在长取水距离中的部分变得平滑，使被洪水淹没的河谷变得狭窄和粗糙。

佩伦说："我们有相同的起始海岸线，我们看到在均匀侵蚀和波浪侵蚀的情况下，最终的形状是完全不同的。由于河谷被洪水淹没，它们看起来都有点像会飞的意大利面条怪，但这两种侵蚀产生的终点却截然不同。"

研究小组将他们的模拟结果与地球上的实际湖泊进行了比较，从而检验了他们的研究结果。他们发现，已知受到海浪侵蚀的地球湖泊与受到均匀侵蚀（如石灰岩溶解）影响的湖泊在形状上存在相同的差异。

他们的建模揭示了清晰、特征明显的海岸线形状，这取决于它们的进化机制。研究小组于是想知道在这些特征形状中，土卫六的海岸线会分布在哪里呢？

他们特别关注了土卫六最大、地图最清晰的四个海域：克拉肯海（Kraken Mare）的大小与里海相当；莱吉亚海（Ligeia Mare）比苏必利尔湖大；彭加海（Punga Mare）比维多利亚湖长；安大略海（Ontario Lacus）的大小约为其陆地同名海的 20%。

研究小组利用卡西尼号的雷达图像绘制了土卫六每个海域的海岸线，然后将他们的建模应用于每个海域的海岸线，看看哪种侵蚀机制最能解释它们的形状。他们发现，所有四个海域都完全符合波浪驱动侵蚀模型，这意味着波浪产生的海岸线与土卫六的四个海域最为相似。如果海岸线受到侵蚀，其形状更符合海浪侵蚀的特征，而不是均匀侵蚀或根本没有侵蚀。

研究人员正在努力确定土卫六的风必须有多强，才能激起海浪，反复冲刷海岸。他们还希望通过土卫六海岸线的形状来判断风主要是从哪个方向吹来的。

"土卫六展示了一个完全未受影响的系统，"巴勒莫说。"它可以帮助我们了解海岸在不受人类影响的情况下是如何侵蚀的，也许这可以帮助我们将来更好地管理地球上的海岸线"。

编译来源：ScitechDaily