土星衛星タイタンの湖や海は波の活動により侵食されていた
 土星最大の衛星「タイタン」は、地球以外で唯一、地表に”液体”が安定して存在することが確認されている天体だ。このほど、そこにある湖に波が立っていることが確認されたそうだ。


 液体といっても水ではなく、メタンだ。それでもそれが作り出す”水たまり”は立派なもので、最大の湖「クラーケン海」は、地球最大の湖「カスピ海」よりも大きい。

 マサチューセッツ工科大学などの研究チームは、そうしたタイタンの湖の湖岸の形状のシミュレーションから、それが波の侵食によって形作られたものであることを突き止めた。

 こうした波の存在は、タイタンの気候や湖の形状の進化などを知る手がかりになるという。

タイタンの海や湖に波はあるのか? NASAの土星探査機「カッシーニ」がタイタンの表面で液体メタンを発見して以来、そこに波があるかどうかは論争の的となってきた。

 波の証拠はないとする人たちは「液面は鏡のように滑らかだ」と口にし、あるとする人たちは「液面に荒れたものが見えるが、それが波かどうかは断言できない」と口にした。


 波の有無が重要なのは、波を作り出している風の強さや、海の形状の変化など、タイタンの気候や進化をうかがい知るヒントになるからだ。

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2006年のフライバイで撮影された複数の画像を合成したもの。中央にある円形の特徴は、隕石の衝突跡かもしれない。その南東にある円形の山脈と、北西の長く暗い線状の特徴は、衝突のエネルギーによって生じた地殻活動の結果である可能性がある/Image credit: NASA/JPL/University of Arizona湖岸の侵食をシミュレーション だがカッシーニの画像だけで最終的な結論が出せない以上、何か別の方法で液体メタンがどうなっているのか推測しなければならなかった。

 マサチューセッツ工科大学のタイラー・ペロン氏らが注目したのは、湖岸の侵食のパターンだ。

 地球の海や湖の岸辺は、だんだんと侵食されて少しずつ形を変えていく。
だからそのパターンから侵食を引き起こす原因を特定できれば、波の有無がわかると考えたのだ。

 侵食パターンからその原因を特定するために、研究チームは岸辺で起こりうる次の3つのケースを想定した。
・侵食が起きないケース

・波によって侵食されるケース

・波以外の原因で、均一に侵食されるケース(その原因としては、液体によって岸辺が受動的に削られるか、岸辺が自重で徐々に崩れ落ちるといったことが考えられる)
 そして3つのケースをシミュレーションして、湖岸の形状がそれぞれどのように変化するのか確かめてみた。

 波による侵食をシミュレートする際にポイントとなったのは「吹送距離」だ。これは風が一定の方向に連続して吹き続けられる距離のことで、ここでは海岸のある地点から対岸までの距離を意味する。

 地球において、吹送距離が長いほど風が強くなることが知られており、特に海や湖などにできる波と密接な関係にある。


 波による侵食はその高さと角度に左右されるので、吹送距離からそれらを推測し、シミュレーションの波に反映するのだ。

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カッシーニがマイクロ波で調査したところ、タイタンのの深い渓谷には液体のメタンが存在することが明らかになった。画像左上には、そうした渓谷の1つであるビッド・フルミナaの枝分かれした線のネットワークが確認できる/ image credit:NASA / JPL-Caltech / ASIタイタンには波があり、侵食して湖が形成された可能性 こうして波がどのように岸辺を侵食するのか繰り返しシミュレーションし、その結果を均一な侵食のケースと比べてみた。

 すると、それぞれの湖岸の形状はまったく違ったものになることがわかったのだ。

 均一な侵食の場合、湖岸はどの方向にも膨らむように広がっていく。ところが波による侵食では、吹送距離が長いところでは湖岸が丸く滑らかになっていくが、渓谷のようなところは狭くギザギザしたままになる。


 このシミュレーションの正しさは、地球にある湖との比較からも確かめられている。

 地球でも同じように、波によって侵食される湖と、石灰岩でできたような均一に侵食される湖では、湖岸の形状が確かに違うのである。

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タイタンの湖と、地球の湖で見られるさまざまな侵食プロセスとの比較を示す図 / image credit:Palermo et al., Sci. Adv. , 2024

 ではタイタンの湖の岸辺は、どういった侵食パターンだったのだろうか?

 研究チームは、シミュレーションの結果をタイタンでもとりわけ大きく、形状も詳しく計測されている4つの”湖”(クラーケン海・リゲイア海・プンガ海・オンタリオ湖)と比べてみた。

 そして明らかになったのは、これら4つの湖の湖岸は、波によって侵食された形状にピッタリ当てはまるということだ。

 「湖岸が侵食されたとするなら、その形状は、均一な侵食や侵食がないケースではなく、波による侵食のケースに一致することがわかりました」(ペロン博士)

 研究チームは今、こうして明らかになった波の存在から、タイタンの風の強さや方角についても解き明かそうとしているそうだ。

 この研究は『Science Advances』(2024年6月19日付)に掲載された。


References:Titan’s lakes may be shaped by waves | EurekAlert! / Coastlines of Titan’s Largest Lakes and Seas Were Eroded by Wave Activity: Study | Sci.News / Shores of Titan's Alien Lakes Show Signs of Being Carved by Giant Waves : ScienceAlert / written by hiroching / edited by / parumo

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