Las imágenes de la misión Cassini muestran redes de ríos que desembocan en lagos en la región polar norte de Titán. Crédito: NASA/JPL/USGS
Los ríos fluían en otros dos mundos del sistema solar más allá de la Tierra: Marte, donde las huellas secas y los cráteres son todo lo que queda de los antiguos ríos y lagos, y Titán, la luna más grande de Saturno, donde todavía fluyen ríos de metano líquido.
Una nueva técnica desarrollada por geólogos del MIT permite a los científicos ver cuán extensos fluían los ríos en Marte y cómo fluyen ahora en Titán. El método utiliza observaciones satelitales para estimar la velocidad a la que los ríos mueven fluidos y sedimentos río abajo.
Usando una nueva técnica, el equipo del MIT calculó qué tan rápidos y profundos eran los ríos en algunas regiones de Marte hace más de mil millones de años. También hicieron estimaciones similares para los ríos actualmente activos en Titán, a pesar de que la densa atmósfera de la luna y la distancia de la Tierra dificultan la exploración, con muchas menos imágenes disponibles de su superficie que las de Marte.
“Lo emocionante de Titán es que está activo. Con esta técnica, tenemos un método para hacer predicciones reales sobre un lugar del que no tendremos más datos durante mucho tiempo”, dice Taylor Perron, profesora Cecil e Ida Green en el Departamento de Ciencias Planetarias, Atmosféricas y de la Tierra del MIT ( EPA). “Y en Marte, nos da una máquina del tiempo para tomar ríos que ahora están muertos y sentir cómo se veían cuando fluían activamente”.
Perron y sus colegas publicaron sus resultados en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. Los colaboradores de Perron en el MIT incluyen a los autores originales Samuel Birch, Paul Corlies y Jason Soderblom, Rose Palermo y Andrew Ashton de la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI), Gary Parker de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y colegas de la Universidad de California, Los Ángeles, Universidad de Yale y Universidad de Cornell.
Matemáticas de río
El estudio del equipo surgió de la vergüenza de Perron y Birch en los ríos de Titán. Las imágenes tomadas por la nave espacial Cassini de la NASA mostraron una extraña falta de deltas en forma de abanico en las desembocaduras de la mayoría de los ríos lunares, a diferencia de muchos ríos en la Tierra. ¿Podría ser que los ríos de Titán no lleven suficiente flujo o sedimento para construir deltas?
El grupo se basó en el trabajo del coautor Gary Parker, quien en 2000 desarrolló una serie de ecuaciones matemáticas para describir el flujo de los ríos en la Tierra. Parker estudió las mediciones de los ríos realizadas directamente en el campo por otros.
A partir de estos datos, descubrió que existen algunas relaciones universales entre las dimensiones físicas de un río (su ancho, profundidad y pendiente) y la velocidad de su flujo. Hizo ecuaciones para describir matemáticamente estas relaciones, teniendo en cuenta otras variables como el campo gravitacional que actúa sobre el río y el tamaño y la densidad del sedimento empujado a lo largo del lecho del río.
“Esto significa que los ríos de diferente gravedad y materiales deberían seguir relaciones similares”, dice Perron. “Esto abrió la posibilidad de aplicarlo también a otros planetas”.
Mirada
En la Tierra, los geólogos pueden realizar mediciones de campo del ancho, la pendiente y el tamaño promedio de los sedimentos de un río, todo lo cual puede incorporarse a las ecuaciones de Parker para predecir con precisión el caudal de un río o la cantidad de agua y sedimentos que pueden moverse río abajo. Pero para los ríos de otros planetas, las mediciones son más limitadas y dependen en gran medida de imágenes y mediciones de altura recopiladas por satélites distantes.
En el caso de Marte, muchos orbitadores han tomado imágenes de alta resolución del planeta. En el caso de Titán, las vistas son pocas.
Birch se dio cuenta de que cualquier estimación del flujo del río en Marte o Titán tendría que basarse en varias características que podrían medirse a partir de imágenes y topografía distantes, a saber, el ancho y la pendiente del río. Después de algunos retoques de álgebra, adaptó las ecuaciones de Parker para trabajar solo con entradas de latitud y pendiente.
Luego recopiló datos de 491 ríos en la Tierra, probó las ecuaciones modificadas en esos ríos y descubrió que las predicciones basadas únicamente en el ancho y la pendiente de cada río eran precisas.
Luego aplicó las ecuaciones a Marte, específicamente a los antiguos ríos que conducen a los cráteres Gale y Jezero, que se cree que fueron lagos llenos de agua hace miles de millones de años. Para predecir el caudal de cada río, incorporó a las ecuaciones la gravedad de Marte y las estimaciones del ancho y la pendiente de cada río a partir de imágenes y medidas de altura tomadas por satélites en órbita.
Según sus predicciones de caudales, el equipo descubrió que los ríos probablemente corrieron durante al menos 100.000 años en el cráter Gale y al menos 1 millón de años en el cráter Jezero, tiempo suficiente para albergar vida. También pudieron comparar sus predicciones del tamaño promedio de los sedimentos en cada lecho de río con las mediciones de campo reales de los granos marcianos cerca de cada río realizadas por los rovers Curiosity y Perseverance de la NASA.
Estas pocas medidas de campo permitieron al equipo ver si sus ecuaciones aplicadas a Marte eran precisas.
Luego, el equipo se acercó al Titán. Se centraron en dos lugares donde se pueden medir las pendientes de los ríos, incluido un río que desemboca en un lago del tamaño del lago Ontario. Este río parece formar un delta a medida que desemboca en el lago. Sin embargo, el delta es uno de los pocos que existen en la luna: casi todos los ríos visibles que desembocan en el lago carecen misteriosamente de un delta. El equipo también aplicó su método a uno de los otros ríos sin delta.
Calcularon el flujo de ambos ríos y descubrieron que pueden ser comparables con algunos de los ríos más grandes de la Tierra, con deltas estimados que tienen caudales tan grandes como el Mississippi. Ambos ríos deberían transportar suficiente sedimento para construir deltas. Sin embargo, la mayoría de los ríos de Titán carecen de sedimentos en forma de abanico. Algo más debe estar en juego para explicar esta falta de sedimentos del río.
En otro hallazgo, el equipo calculó que los ríos de Titán deberían ser más anchos y tener una pendiente más suave que los ríos con el mismo caudal en la Tierra o Marte. “Titán es el lugar más parecido a la Tierra”, dice Birch. “Solo tenemos una fracción de eso. Sabemos que hay mucho más por ahí, y esta técnica remota nos acerca un poco más”.
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts
Esta historia ha sido republicada por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popular sitio de noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.