Yeni bir teknik, Dünya’nın ötesindeki eski ve aktif nehirlerin gücünü ölçmek için uzak görüntüleri kullanır.

Güneş sisteminde Dünya’nın yanı sıra iki başka gezegende nehirler aktı: Eski nehir ve göllerden geriye kalanların kuru yolların ve kraterlerin olduğu Mars ve bugün hala sıvı metan nehirlerinin aktığı Satürn’ün en büyük uydusu Titan.

MIT jeologları tarafından geliştirilen yeni bir teknik, bilim adamlarının nehirlerin eskiden Mars’ta ne kadar yoğun bir şekilde aktığını ve şu anda Titan’da nasıl aktığını görmelerini sağlıyor. Yöntem, nehirlerin akış yönündeki sıvı ve tortuları hareket ettirme hızını tahmin etmek için uydu gözlemlerini kullanır.

Yeni tekniğini uygulayan MIT ekibi, 1 milyar yılı aşkın bir süre önce Mars’ta belirli bölgelerde nehirlerin ne kadar hızlı ve derin olduğunu hesapladı. Ayın kalın atmosferi ve Dünya’dan uzaklığı, yüzeyinin Mars’tan çok daha az mevcut görüntüsüyle keşfedilmesini zorlaştırsa da, Titan’daki şu anda aktif olan nehirler için de benzer tahminler yaptılar.

Cecil ve Ida Green Profesörü Taylor Perron, “Titan’ın heyecan verici yanı, aktif olmasıdır. Bu teknikle, uzun süre daha fazla veri alamayacağımız bir yer için gerçek tahminler yapmak için bir yöntemimiz var” diyor. MIT’nin Yer, Atmosfer ve Gezegen Bilimleri Bölümü (EAPS). “Ve Mars’ta, şu anda ölü olan nehirleri almak ve aktif olarak akarken nasıl olduklarını anlamak için bize bir zaman makinesi veriyor.”

Perron ve meslektaşları sonuçlarını yayınladılar. Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. Perron’un MIT ortak yazarları, ilk yazar Samuel Birch, Paul Corlies ve Jason Soderblom, Rose Palermo ve Woods Hole Oşinografi Enstitüsü’nden (WHOI) Andrew Ashton, Urbana-Champaign’deki Illinois Üniversitesi’nden Gary Parker ve işbirlikçileridir. Los Angeles’taki California Üniversitesi, Yale Üniversitesi ve Cornell Üniversitesi.

nehir matematik

Ekibin çalışması, Perron ve Birch’in Titan’ın nehirleri hakkındaki şaşkınlığından doğdu. NASA’nın Cassini uzay aracı tarafından çekilen görüntüler, Dünya’daki birçok nehrin aksine, Ay’daki nehirlerin çoğunun ağızlarında yelpaze şeklindeki deltaların tuhaf bir şekilde yok olduğunu gösterdi. Titan’ın nehirleri deltalar oluşturmak için yeterli akış veya tortu taşımıyor olabilir mi?

Grup, 2000’lerde Dünya’daki nehir akışını tanımlamak için bir dizi matematiksel denklem geliştiren ortak yazar Gary Parker’ın çalışmasına dayanıyordu. Parker, başkaları tarafından doğrudan sahada alınan nehir ölçümlerini incelemişti.

Bu verilerden, bir nehrin fiziksel boyutları – genişliği, derinliği ve eğimi – ile akış hızı arasında belirli evrensel ilişkiler olduğunu buldu. Nehre etki eden yerçekimi alanı ve bir nehir yatağı boyunca itilen tortunun boyutu ve yoğunluğu gibi diğer değişkenleri hesaba katarak bu ilişkileri matematiksel olarak tanımlamak için denklemler hazırladı.

Perron, “Bu, farklı yerçekimi ve malzemelere sahip nehirlerin benzer ilişkileri izlemesi gerektiği anlamına gelir” diyor. “Bu, bunu diğer gezegenlere de uygulama olasılığını açtı.”

Bir bakış elde etmek

Jeologlar Dünya’da bir nehrin genişliği, eğimi ve ortalama tortu boyutunun saha ölçümlerini yapabilirler; bunların tümü, bir nehrin akış hızını veya aşağı yönde ne kadar su ve tortu taşıyabileceğini doğru bir şekilde tahmin etmek için Parker’ın denklemlerine beslenebilir. Ancak diğer gezegenlerdeki nehirler için ölçümler daha sınırlıdır ve büyük ölçüde uzak uydular tarafından toplanan görüntülere ve yükseklik ölçümlerine dayanır.

Mars için, birden fazla yörünge gezegenin yüksek çözünürlüklü görüntülerini aldı. Titan için görüşler çok az ve çok uzak.

Birch, Mars veya Titan’daki herhangi bir nehir akışı tahmininin, uzak görüntülerden ve topografyadan ölçülebilen birkaç özelliğe, yani bir nehrin genişliğine ve eğimine dayanması gerektiğini fark etti. Biraz cebirsel kurcalamayla, Parker’ın denklemlerini yalnızca genişlik ve eğim girdileriyle çalışacak şekilde uyarladı.

Daha sonra Dünya’daki 491 nehirden veri topladı, bu nehirler üzerinde değiştirilmiş denklemleri test etti ve yalnızca her nehrin genişliğine ve eğimine dayanan tahminlerin doğru olduğunu buldu.

Daha sonra, denklemleri Mars’a, özellikle de her ikisinin de milyarlarca yıl önce suyla dolu göller olduğu düşünülen Gale ve Jezero Kraterlerine giden antik nehirlere uyguladı. Her nehrin akış hızını tahmin etmek için, Mars’ın yerçekimi denklemlerini ve yörüngedeki uydular tarafından alınan görüntülere ve yükseklik ölçümlerine dayalı olarak her nehrin genişliği ve eğimine ilişkin tahminleri birleştirdi.

Ekip, akış hızı tahminlerinden, nehirlerin muhtemelen Gale Krateri’nde en az 100.000 yıl ve Jezero Krateri’nde en az 1 milyon yıl boyunca – muhtemelen yaşamı destekleyebilecek kadar uzun – aktığını buldu. Ayrıca, her bir nehir yatağındaki ortalama tortu boyutuna ilişkin tahminlerini, NASA’nın Curiosity ve Perseverance gezicileri tarafından alınan, her bir nehrin yakınındaki Mars tanelerinin gerçek alan ölçümleriyle karşılaştırabildiler.

Bu birkaç saha ölçümü, ekibin Mars’ta uygulanan denklemlerinin doğru olup olmadığını kontrol etmesine olanak sağladı.

Ekip daha sonra Titan’a yaklaştı. Ontario Gölü büyüklüğünde bir göle akan bir nehir de dahil olmak üzere nehir eğimlerinin ölçülebileceği iki yere odaklandılar. Bu nehir, gölü beslerken bir delta oluşturuyor gibi görünüyor. Bununla birlikte, delta, ayda var olduğu düşünülen birkaç kişiden biridir – bir göle akan neredeyse her nehirde gizemli bir şekilde bir delta yoktur. Ekip, yöntemini bu diğer deltasız nehirlerden birine de uyguladı.

Her iki nehrin de akışını hesapladılar ve Mississippi kadar büyük bir akış hızına sahip olduğu tahmin edilen deltalarla, Dünya üzerindeki en büyük nehirlerden bazılarıyla karşılaştırılabileceklerini buldular. Her iki nehir de delta oluşturmak için yeterince tortu taşımalıdır. Yine de, Titan’daki çoğu nehir yelpaze şeklindeki tortulardan yoksundur. Nehir birikintilerinin bu eksikliğini açıklamak için başka bir şey iş başında olmalı.

Başka bir bulguda ekip, Titan’daki nehirlerin Dünya veya Mars’ta aynı akışı taşıyan nehirlerden daha geniş olması ve daha yumuşak bir eğime sahip olması gerektiğini hesapladı. Birch, “Titan, Dünya’ya en çok benzeyen yerdir” diyor. “Yalnızca bir göz atabildik. Aşağıda olduğunu bildiğimiz çok daha fazlası var ve bu uzak teknik bizi biraz daha yakınlaştırıyor.”

Bu hikaye MIT News’in izniyle yeniden yayınlandı (web.mit.edu/newsoffice/), MIT araştırması, inovasyonu ve öğretimi ile ilgili haberleri kapsayan popüler bir site.