太陽系内には地球以外で表面を液体が流れている惑星が無いので、組成と温度が違うけど1.5気圧の大気と表面との間でメタンの循環が有るタイタン。地球の進化を研究する上でも参考になるらしい。炭化水素が豊富なタイタン、極寒だけど4億年以内に壊れた中型以上の衛星から集積形成された小型衛星と違って46億年の歴史があるから生命が発生してそうな気がしてNASAのドラゴンフライに期待してます。以下、機械翻訳。
タイタンの河川と湖沼の景観
1. はじめに
火星と同様にタイタンにも川、湖、海があるという考えは (Crossley 2000)、最初にサイエンス フィクションの分野で広まりました。『タイタンの妖精たち』(1959) で、カート ヴォネガットはタイタンにはミシガン湖と同程度のサイズの 3 つの海があり、谷のネットワークを介して一連の小さな湖や池につながっていると説明しています。結局のところ、ヴォネガットの描写は現実と驚くほど似ていました。カッシーニは、タイタンも地球と同様に、現在その表面に広大な液体の塊があり、川が地形を活発に変え、大気と直接相互作用していることを明らかにしました (図 1)。これにより、タイタンと地球は太陽系でユニークな存在となり、活発な川、湖、海が見られる唯一の 2 つの世界となっています。カッシーニは、タイタンが水文学的に活発な世界であり、地球上のものと驚くほどよく似たプロセスによって形成された地形を有していることを明らかにしましたが (Lunine & Atreya 2008; Hayes 2016; Mitchell & Lora 2016; MacKenzie et al.2021)、タイタンの地形と気候の複雑な関係を理解するにはまだ表面をかすめたに過ぎません。タイタンの地形と気候を理解することは、土星のこの氷の衛星についての理解を深めるだけにとどまりません。地球上でも、タイタンと同様に、多くの地形の起源は頑固に謎に包まれたままです (例: 川の幅を決めるものは何ですか? − Dunne & Jerolmack (2020))。この問題は、現在私たちが目にする地形が複数のプロセスの畳み込みから生じ、そのすべてが桁違いの時間スケールで作用するという単純な事実によってさらに悪化しています (Perron 2017)。これらの課題にもかかわらず、1 つの変数を制御して地形の反応を観察し、定量的にモデル化できる自然実験を模索することで、大きな進歩が遂げられています (例: Perron 他 (2009、2012)、Ferrier 他 (2013)、Perron
(2017)、Huppert 他 (2020))。タイタンは地球規模で活発な自然実験です。表面の詳細な研究は、地球上でまだ解明されていない物理プロセスの普遍性を最も厳密に検証するものであり、他の場所では実行できないものです。たとえば、地球の地質学的証拠は、過去数十億年の大部分で液体の水が存在していたことを示しています (Mojzsis 他 2001 年、Wilde 他 2001 年)。惑星はどのようにして、主要な揮発性物質の相転移に非常に近い気候を長期間維持しているのでしょうか。また、どのような制御プロセスとフィードバックがそれを維持しているのでしょうか。地球、そしておそらく一部の岩石質太陽系外惑星では、活発なテクトニズムによって絶えず新しい地形が形成され、化学的に風化できる新しい岩石が露出しています。このプロセスにより、数千年にわたって惑星の気候が緩和される可能性があります (Berner 他 1983 年、Kasting 他 1993 年)。火星にはこのような惑星サーモスタットはなかった可能性があり、太陽系内外でこのようなプロセスがどの程度一般的であるかは不明です。タイタンでは、メタンをベースとした水循環がどのくらいの期間活発に行われてきたのか、またどのような風化プロセスが働いているのかはまだわかっていません。しかし、観測された程度に表面を変化させるには十分な期間であったに違いありません。私たちがたまたま特別な時期にタイタンを観測しているということは考えにくいです。したがって、タイタンの水文学的地形を観察することで、その活動の活発さと持続性を理解することができます。この知識は、惑星の気候が不安定なサイクルを維持する仕組み、惑星の地形が時間の経過とともに維持される仕組み、そして宇宙生物学的に興味深いタイタンの異質な表面物質の性質に関する新しい情報を明らかにするのに役立つはずです。この章では、カッシーニのリモートセンシングデータで観測されたタイタンの河川と湖沼の地形、およびタイタンの表面物質と気候について多くの発見が明らかにしたことを概観することから始めます。しかし、カッシーニのリモートセンシングデータは粗く、地形データはほとんどなく（Corlies et al. 2017）、現場での測定がないため、表面の構成についてはほとんど理解できていません。現在、タイタンの水文学に関する私たちの知識は、バイキング時代の1970年代の火星の知識に匹敵します（図2）。幸いなことに、今後数十年は、地球ベースの実験、数値モデリング、および将来のミッションによるタイタンの探査への継続的な取り組みを通じて達成できる多くの新しくエキサイティングな発見が約束されています。
およびドラゴンフライ（Barnes et al. 2021）と軌道上の資産（MacKenzie et al. 2021）の両方を含む将来のミッションによるタイタンの探査への継続的な取り組みを通じて達成できる多くの新しくエキサイティングな発見が約束されています。したがって、この章の最後には、現在のカッシーニのデータで何ができるか、そしてドラゴンフライと将来の探査機の両方から得られる新しいデータによって、地球上および水文学惑星や太陽系外惑星全般における最大の問題のいくつかを解決するためにタイタンをどのように活用できるかについて議論します。
図 1. カッシーニとホイヘンスの河川と湖沼の発見のタイムライン。赤、青、緑の色は、カッシーニの主、春分、夏至のミッションを示しており、これらはタイタンの 1 年の半分未満で実施されました (図はラルフ ローレンツに触発されました)。記載されているイベントは、次の文献で説明されています: (1) ローレンツ他 (2008)。 (2/3) タートル他 (2009)。 (4) ストファン他 (2007)。
(5) アハロンソン他 (2009)。 (6) ブラウン他 (2008)。 (7) ワイ他 (2009) およびバーンズ他 (2009)。 (8) タートル他 (2011a)。
(9) ヘイズ他 (2011)。 (10) ステファン他（2010年）。 (11) ウォールら。 （2010年）。 (12) バーンズら。 （2011年）。 (13) タートルら。 (2011b)。
(14) バーンズら。 （2014年）。 (15) ウッドら。 (2013) およびバーチら。 （2018年）。 (16) ポジャーリら。 (2016) および Mastrogiuseppe et al。
（2014年）。 (17) ホフガートナーら。 （2014年）。 (18) マッケンジーら。 （2019年）。 (19) ホフガートナーら。 （2016）など。 (20) ヘイズ他。 （2017年）。 (21) バーチら。 （2019年）。 (22) マストロジュゼッペら。 (2019)。
2. タイタンの河川景観
カッシーニ合成開口レーダー (SAR)、可視赤外線マッピング分光計 (VIMS)、イメージングサイエンスサブシステム (ISS) の画像と地形データは、複数の著者によって、タイタン表面の河川渓谷ネットワークの分布を研究し、地図化するために使用されています (Collins 2005; Perron et al. 2006; Barnes et al. 2007; Lorenz et al. 2008; Jaumann et al. 2008; Cartwright et al. 2011; Langhans et al. 2012; Burr et al. 2013b,a; Miller et al. 2021; Birch
et al. 2022b)。タイタンの観測可能な谷ネットワークの大部分は、最大の海の周りの極地と、タイタンの赤道近くの山岳地帯であるザナドゥ地域（Radebaugh et al. 2011）内に見られます（図3、Miller et al.（2021））。しかし、カッシーニSAR画像の解像度と範囲が限られているため（表面の約20％が350メートル未満、約40％が1キロメートル未満（Hayes et al. 2018））、幅700メートル未満の谷ネットワークのマッピングは不完全である可能性があります（Miller et al. 2021）。ホイヘンスがより高解像度で観測した単一の場所で表面が大きく分断されていること（図2）は、カッシーニの解像度を下回る川がタイタン全体に豊富に存在する可能性があることを示唆しており、これはドラゴンフライが2030年代半ばにセルクレーターに到着することで検証可能な仮説です。
2.1. 液体で満たされた極地の谷ネットワーク
タイタンの谷ネットワークは、見かけの幅とネットワークの長さの両方において、極域に位置しています（図3）。この分布は、極域のネットワーク内に液体が存在することが知られているため、わずかに偏っています（Miller et al. 2021）。これは、タイタンの雨を反映したメタンと窒素の混合物である可能性が高いため（Graves et al. 2008）、明るい周囲とのコントラストが強くなり、乾燥した、またはほとんど乾燥した赤道ネットワーク（Mitchell & Lora 2016）よりも簡単に観察できます（Miller et al. 2021）。極域内では、谷ネットワークは両極の東半球に密集しており（図3）、大きな満たされた海と空の海に流れ込んでいます（Birch et al. 2017; Miller
et al. 2021）。小さな湖の周辺では河川の特徴はほとんど見られず (Hayes 2016; Birch et al. 2017; Hayes
et al. 2018)、このような地域の条件は谷ネットワークの形成に適していないことを示唆しています。
タイタンのどこでも見られる谷ネットワークの密度が最も高いのは、液体で満たされた北の海の周辺です。
十分な解像度が利用できる場合、谷は周囲の多くの点で海の海岸線と交差しているように見えます。これらのネットワークの形態は、非常に広い水路の口と、個々の谷から周囲の岬まで液体がはるか上まで広がっている地球の洪水で浸水した川の谷とよく似ています (図 4b)。カッシーニ高度計によるそのようなネットワークの 1 つである Vid Flumina の液体表面標高の観測では、液体の標高が海面と、液体の高度計のセンチメートル精度の範囲内で一致していることが示されています (Poggiali 他 2016)。これらの観測結果は、地形学的観測および軌道力の結果として両極間で液体が循環するという初期の予測と一致しています (Aharonson 他 2009、Lora 他 2014)。ただし、タイタンの両極間で意味のある量の流体が循環するかどうかは、表面地形を含む最近の気候モデルでは両極間の液体在庫に複数の大きな変動を生成するのに苦労しているため、依然として議論の余地があります (Lora 他 (2022)、第 8 章を参照)。それでも、少なくとも最近は、北半球の海面上昇の影響なしに地形学的観測を調和させることは困難です。
図 2. カッシーニとホイヘンスの画像の比較。左: ホイヘンス DISR による着陸地点付近の樹枝状河川ネットワークのモザイク。右: カッシーニの SAR 機器がまったく同じ表面を捉えた様子。タイタンの詳細な観測がいかに少ないかが浮き彫りに。極地の谷ネットワークも、形態学的に非常に多様です。リゲイア海付近の Vid Flumina (図 4a) などの一部のネットワークは樹枝状 (Burr 他 2013b、Poggiali 他 2016、Miller 他 2021) に見え、その縁付近で排水が捕捉されたという推測上の証拠があります (図 4a)。Vid Flumina には、側面が急勾配 (>30◦) の壁も刻まれており、地形や基底レベルの変動が最近または現在進行中である可能性を示唆しています。プンガ・マーレ付近の谷ネットワークは、浸食溝に似ているという点で特徴的であり（図4i）、均一浸食/溶解浸食の証拠である可能性がある（パレルモ他（2022）、準備中）。このような特徴が海域に沿った1点のみに発生することは、VIMSやISSでは検出されない表面組成の変化が存在し、このようなネットワークの形成に有利に働いている可能性があることを示唆している。クラーケン・マーレとリゲイア・マーレ周辺の多くの谷ネットワークは空間的な長さも短く、洪水がより限定的であるか、または集水域がより急勾配で小さいことを示唆している。地形データが全般的に不足しているにもかかわらず (Corlies et al. 2017)、流域の形状 (Miller et al. 2021)、ネットワークの形態 (Black et al. 2012)、海岸線の湾曲 (Tewelde et al. 2013) などの地形学的指標はすべて、これらの極地の谷ネットワークが周囲の地形の限定的な侵食による隆起を経験していることを示唆しています (Black et al. 2012)。総合的に、タイタンの河川地形は、その表面が進行中の気候変動にまだ反応していることを示しており、おそらくメタン在庫の世界的な減少によって悪化しています (Hayes (2016)、第 8 章を参照)。
リゲイア海の北岸に沿った Xanthus Flumen (図 4g) などの多数の液体で満たされた谷は、海岸から数十キロメートル離れた海底に沿って広がっています。コキトス・フルミナのような他の湖は、海岸線と平行に 50 キロメートル以上流れ、最終的に海に流れ込みます (図 4b)。これは、最近の基底レベル上昇を反映している可能性があります。同様の地形は、南岸沿いの他の 2 か所でリゲイア海に流れ込み、北岸沿いではクラーケン海とジンポー湖の両方に流れ込み、一貫したパターンを示しています (例: 図 4b/f)。ジンポー湖は特に特徴的で、川の谷が横断する途中で湖に入り、出て、再び湖に入るように見えます (図 4f)。このような距離を海底を横断しても、このような谷がすべて周囲よりもかなり暗いままであることは、より細かい粒子の物質が水没した水路床のみを覆っているか、谷が海底に大きく刻まれているか、または流体や溶解/懸濁物質が異なるために組成が異なることを意味しています。前者はありそうにありません。なぜなら、タイタンの現在の気候下では、沖合のこれらの位置での細粒物質の堆積は、周囲の平野と海底の両方で均一であるはずだからです。海面上昇はこれらの観察結果を説明できるかもしれませんが、谷は大きく削られ（数百メートル、Mastrogiuseppe et al. (2019)）、堆積物が不足している必要があり、この両方が同時に起こる可能性は低いです。代わりに、これらの特徴は、おそらく海底に沿った超密度流（例えば、濁流）によって、タイタンの現在の気候下でのいかなる堆積よりも速い速度で削られ/掘削が続いていることを示している可能性があります。このような密度流は、タイタンの三成分流体の密度と粘度が温度によって大きく変化するという理論上の理由から発生する可能性があり (Steckloff et al. 2020)、メタン窒素流体は、わずかにエタンが豊富な海に比べて負の浮力があります (Steckloff et al. 2020)。これらの流れは、特に堆積物負荷が高い場合はカッシーニのレーダーをより吸収する可能性があり、そのためより暗い外観をしています。正確なダイナミクスと影響については、このようなプロセスの実現可能性をテストするための詳細な数値的および実験的調査が必要ですが、これらの特徴の普遍性は、タイタンの流体が、地球では定期的に遭遇しない現象を頻繁に引き起こす可能性があることを示唆しています。地球では、単一の流体である水は、密度の変化が比較的わずかです (最大約 1%)。タイタンでは、密度の変化は最大約 20% です (Steckloff et al. 2020)。
タイタンの南部では、北部と比較して同様の数の谷ネットワークが観察され（Miller et al. 2021）、
大きな、しかし空っぽの（Miller et al. 2021）盆地の周りに密集しています（図3）。この分布は、チャネル形成に必要な全体的な条件が両極間で同等であることを示唆しています（Birch et al. 2017）。
南部のネットワークの形態も、北部のネットワークと同様に多様です。たとえば、サラスワティ・フルメンは、低い傾斜の平野（図4e）を曲がりくねって流れているように見えますが、これは、未固結物質で構成された以前の海底であると考えられています（Birch et al. 2018）。これにより、サラスワティ・フルメンは潜在的に沖積チャネルになります（Birch et al.（2022b）、以下を参照）。タイタンの南極付近には、ロモ盆地の内側に向かって傾いたブロックに刻み込まれたように見える、直線的で平行なネットワークが多数あります (図 4d)。これらは、地質学的に最近の過去にベースレベルが低下し、刻み込まれたことを主張するために使用されました (Hayes 2016、Birch et al. 2018)。最後に、ロサック平原に流れ込むのは、蛇行している可能性のある谷であるセラドン・フルミナ (図 4c) です (Malaska et al. 2011)。カッシーニによって撮影されたのは谷のごく一部だけですが、撮影された部分は地球上の蛇行した水路と驚くほど似ています。波打つ地形を単に迂回する広い谷ではなく、チャネルの形状を観察している場合、このような特徴の存在は、タイタンの表面に粘着性物質が存在し、チャネルの土手を安定化させる働きをしている、または他のメカニズムが蛇行するチャネルを生成できる可能性があることを示唆します (Howard 2009)。
図 3. タイタンの河川と湖沼の特徴の分布。タイタンの谷ネットワーク、湖沼、海のほとんどは極地の緯度に集中していますが、谷ネットワークは比較的地球全体に分布しています (Miller et al. 2021)。扇状地は主にタイタンの中緯度にあります (Birch et al. 2016)。両極では、タイタンの最大の湖沼、海沼、古海洋は東半球に集中していますが、小さな湖のほとんどは反対半球にあります (Birch et al. 2017)。小さな湖の最大のクラスターは、海面から数百メートル高いタイタンの「湖水地方」にあります。主要な地域と特徴にはラベルが付けられており、ホイヘンス着陸船とドラゴンフライ着陸地点セルクレーターのおおよその位置も示されています。
2.2. 赤道および中緯度の谷ネットワーク
タイタンの低緯度全域で、谷ネットワークと堆積物が豊富に観察されますが、極地ほどではありません (図 3)。特に、タイタンの赤道近くのザナドゥ地域は非常に山岳地帯であり (Radebaugh 他 2011)、タイタンの低緯度谷ネットワークの大部分が含まれています (図 3、Miller 他 (2021))。
カッシーニのキロメートルスケールの解像度ではザナドゥの外側にネットワークがほとんど見られないことは、この山岳地帯の外側には十分な傾斜がないこと、低地の多くの水路が風成堆積物の堆積の結果として埋もれていること（Lopes et al. 2016; Malaska et al. 2016; Brossier et al. 2018; Lopes et al. 2020）、またはそのような水路が小さく、カッシーニのデータでは周囲と区別するのが難しいことを示唆している。河川の谷ネットワークはタイタンの迷路地形でも観察されており（図4h）、その構成と空間範囲を使用してこれらの地形を分類している（Malaska et al. 2020）。タイタンで最も起伏の大きい地形であるにもかかわらず、これらの地形を横断する統合ネットワークが全体的に不足していることから、カルストのような侵食が行われたと主張されている（Malaska et al. 2020）。しかし、断絶した性質と明らかに閉じた谷の存在は、カッシーニの解像度が粗く、細かい地形データがないことに関係しているという解釈を無視することはできません。したがって、新しいリモートセンシングデータが利用可能になるまで、これらの特徴のカルスト以外の起源を調査する必要があります。赤道の谷ネットワークの大部分は、周囲と比較して SAR 画像で明るくなっています (図 4j/k) (Burr 他 2013b、a; Miller 他 2021)。これは、現在乾燥している、またはほとんど乾燥しているチャネル床がセンチメートルサイズの砂利で構成されている (Le Gall 他 2010) か、チャネルが、流体充填が比較的少ないために露出した壁に沿って粗さ要素を持つより広い谷の中にあることを示唆しています。明るい谷の多くは、平面形状が長方形に見え（図4k）、ある程度のテクトニック制御を示唆しています（Burr et al. 2013a）。
これらの谷ネットワークのいくつかの明るさの変化は、サイズ選択輸送による下流の細粒化の証拠として使用されていますが（Maue et al. 2022）、そのような物質の摩耗率は研究が始まったばかりであり（Maue et al. 2022）、チャネルの明るさが谷の明るさから分離できるかどうかは不明です。
降下中のホイヘンス着陸船からの画像には、カッシーニの解像度をはるかに下回るスケールで、河川によって削られた（Tomasko et al. 2005、Daudon et al. 2020）表面も示されています（図2）。タイタンの赤道付近のより広いシャングリラ砂丘地帯の小さな丘陵内には、樹枝状のネットワークとより長方形のネットワークの両方がある（Tomasko 他 2005 年）。谷が分水嶺まで伸びているように見える樹枝状のネットワークの排水密度の高さは、降雨による流出による形成を推測するのに使用され、適度な降雨量が必要とされた（Perron 他 2006 年）。一方、より長方形のネットワークは、浸食の証拠であると主張された（Soderblom 他 2007 年）。しかし、樹枝状のチャネルと比較してこのネットワークの画像解像度が粗いため（Tomasko 他 2005 年、Soderblom 他 2007 年）、また、他のプロセスによっても、このネットワークは、浸食の証拠となる可能性が示唆された。同様の樹液滴形成能を持つ支流は存在しないが（Lamb et al. 2006, 2007, 2008）、高次の支流のイメージがなければ長方形のネットワークの解釈は不確かなままである（Malin & Carr 1999）。
図 4. タイタンの河川によって形成された多様な地形。(a) 樹枝状で切り込みのあるビッド・フルミナがリゲイア海に流れ込んでいる。(b) コキトス・フルミナは、リゲイア海の海岸線と平行に流れる双子のネットワーク。(c) タイタンの南にある曲がりくねったセラドン・フルミナ。(d) ロモ盆地の周囲に沿って浸食されている無名の谷ネットワーク。(e) オンタリオ湖の海岸線に沿ったタイタンの唯一の 2 つのデルタのような地形で終わるサラスワティ・フルメン。(f) ジンポ湖に流れ込み、そこから流れ出し、またジンポ湖に戻るように見える無名の谷ネットワーク。(g) リゲイア海に流れ込み、海底に沿って沖合に数十キロメートルにわたって広がるザンサス・フルミナ。 (h) ランキヴェイル迷路地形内の分断されたネットワーク。その独特の複雑さが際立っている。(i) プンガ・マーレに流れ込む無名のネットワーク。浸食や均一な浸食の証拠を示唆している。(j) エリヴァガル・フルミナ。メンルヴァ・クレーターの浸食された縁から広い扇状地複合体に流れ込む編みこまれたネットワーク。(k) タイタンのザナドゥ地域を横切る広大な長方形のネットワーク。
2.3. 河川堆積物
タイタンの河川は現在または最近まで堆積物を輸送していた可能性が高い。ホイヘンス着陸地点では砂利大の堆積物が観測されており（Tomasko et al. 2005）、大気からも相当量の堆積物が堆積すると予想されている（例：Krasnopolsky (2010)）。したがって、タイタンの谷のネットワークの末端には堆積物が存在すると予想される。
実際、扇状地（図 4j）はタイタン全土に見られ（図 3、Birch et al.（2016）、Radebaugh et al.（2016）、中緯度付近に強く集中しています（Birch et al. 2016）。これらの扇状地は、より大きな傾斜の流域から発生しており（Radebaugh et al. 2016）、地球上の大規模な巨大扇状地と同様のダイナミクスを示唆しています。VIMS の観測によると、扇状地はしばしば「青」に見える（Brossier et al. 2018）ことが示されており、これは水氷の相対的な豊富さを示していると解釈されています（Barnes et al. 2007）。これらの特徴の世界的な分布は、降雨による最大の流出が同じ緯度で発生すると予測する地球規模の気候モデルと一致しています（Faulk et al. 2017）。これらの相関関係は、これらの堆積物がタイタンの現在の気候で活発に形成されていることを示唆しています。しかし、火星や地球の扇状地に比べて比較的小さいサイズであることから、タイタンの中緯度にある谷のネットワークは粗い砂利で覆われている可能性があり (Birch et al. 2016)、タイタンの地形全体の低下を遅らせている (Howard et al. 2016) と推測されました。驚くべきことに、タイタンの大規模な谷のネットワークのほとんどは、その末端近くに目に見える堆積物を残しません。これは、オンタリオ湖 (Wall et al. 2010) の外側ではデルタがまれにしか見られない極地の海 (Birch et al. 2022a) と、赤道にある数キロメートル幅の明るい大規模な谷のネットワーク (図 4k) の両方に当てはまります。タイタンの川が単に堆積物の形成に非効率的であるのか、それともそのような堆積物が侵食、改変、または埋没しているのかについては、より詳細な調査が必要です。したがって、これらの失われた堆積物は堆積物の予算の推定を複雑にし、タイタンの堆積物の運命について疑問を投げかけています。
3. タイタンの湖沼の景観
タイタンの河川の景観と同様に、タイタンの湖沼の景観の大部分は極地で発見されており (図3; Stofan et al. (2007); Hayes et al. (2008, 2018); Lopes et al. (2020))、タイタンの現在の気候を強く反映しています (Mitchell & Lora 2016; Faulk et al. 2020)。しかし、タイタンの河川地形とは異なり、タイタンの湖と海の分布は半球的に非対称で、北緯50度から北緯90度までの面積の12%を占める一方、南部の同等の面積のわずか0.3%を占めています（Stofan et al. 2007; Hayes et al. 2008; Hayes 2016; Birch et al. 2017）。
タイタンの湖沼地形は、それぞれの極域内でさらに密集しています。両極の西半球の大部分を占めているのが、タイタンの「湖水地方」です（MacKenzie et al. (2019); 図3）。これらの地域には、液体で満たされたさまざまな状態の数百の小さな湖（通常は直径 50 キロメートル未満）があり、すべて有機物が豊富であると考えられる起伏のある平原に埋め込まれています (Birch 他 2017 年、Hayes 2016 年)。これらの湖で切り開かれた平原は、周囲を分断された高地で区切られた高地に囲まれた高台盆地に囲まれています (Moore 他 2014 年、Hayes 2016 年、Hayes 他 2017 年、Birch 他 2017 年)。東半球の低高度 (図 3) には、液体で満たされた海と空の古海の両方であるタイタンのより広い窪地があります (Birch 他 2017 年)。これらの二分法は、組成、水力、および/または地球物理学的制御のいずれかを示唆しています (Birch et al. 2017; Hayes et al. 2017; Hemingway et al. 2013; Cook-Hallett et al. 2015; Faulk et al. 2020; Lora et al. 2022)。
3.1. 液体で満たされた北極の海と大きな湖
タイタンの北極地域では、広い液体で満たされた窪地が 3 つの海 (クラーケン海 (5 × 10^5 km^2)、リゲイア海 (1.3 × 10^5 km^2)、プンガ海 (0.6 × 10^5 km^2)) と、ジンポー湖 (0.22 × 10^5 km^2) を含むいくつかの最大の湖を形成しています。これらの最大の地形は北極の緯度 (>50◦N、図 3) に限定されており、面積で液体で満たされた表面全体の 80% 以上、体積で露出した表面液体の 95% 以上を占めています (Hayes 2016、Birch 他 2017)。
解像度がタイタンの海岸線を解像するのに十分な場合、谷のネットワークが一貫して海に流れ込んでいることが観測され（図5、Miller et al. (2021)）、その鋸歯状の外観に基づいて浸水しているように見えます（図5、Stofan et al.
(2007)、Hayes et al. (2011)）。そのようなネットワークの1つに対する高度測定（上記を参照、Poggiali et al. (2016)）は、これらの解釈を裏付けています。タイタンの海の中で最大であり、太陽系で最大の閉鎖された表面液体体であるクラーケン海も、狭い（幅約10キロメートル）海峡でつながれた、地形的に制御された一連の広い盆地で構成されているようです（Lorenz 2014）。これらの広い盆地が、衝突か地殻変動か (Hemingway 他 2013 年、Cook-Hallett 他 2015 年) のどちらによって形成されたのか、また、その中に蓄えられた堆積物の量は、どちらも不明のままです。
しかし、タイタンの北極の海岸線の形態は、洪水だけが支配的ではありません (図 5)。海岸線とすべての海と最大の湖の海底の両方で、直径約 5～10 キロメートルの円形の窪みが一貫して観察されています (図 5)。実際、タイタンの大きな湖沼には、このような特徴が欠けているものはありません (Birch 他 2022a)。
すべての大きな海の海岸線に沿って、外海にさらされる割合が多い海岸線の一部は、海岸のより保護された部分よりも系統的に直線的であるように見えます (Palermo 他 2022 年)。これらの観察結果は、風で運ばれた波による形成と一致する可能性があります。風で運ばれた波は、より開けた海岸沿いの海岸線を横切る大きな波ほど、海岸線をより滑らかな形に侵食する能力が高くなります (Huppert et al. 2020; Palermo et al.
2022)。タイタンの海に波があるという証拠も存在し、RADAR (Hofgartner et al. 2014, 2016) と VIMS (Barnes et al. 2014) の両方の機器が、風で運ばれた波によって説明できるタイタンの湖と海の表面の荒れを検出しました。したがって、タイタンの海岸線の観察結果を利用して、堆積物を移動させたり、岩盤を剥離したりするために必要な風速を導き出すことができます (Schneck et al. (2022)、準備中、Palermo et al. (2022))。これは、タイタンの地形と気候の密接なつながりを浮き彫りにしています。このような研究の成果は、今後のメソスケールの大気（Rafkin & Soto (2020) など）、気候（Lora et al. 2022）、海洋循環（Lorenz 2014）モデリングの重要な入力データセットとしても役立ちます。最後に、北極の湖や海の海岸線、特に河川デルタ（Birch et al. 2022a）には、明らかな堆積特性はほとんど見られません。地球では、多くの河川が液体の塊と交差してデルタで終わります（Nienhuis et al. 2020、2022）。タイタンではデルタは例外で、タイタンの北には明らかな候補はありません（Birch et al. 2022a）。なぜそうなるのかは未解決の謎のままです。地球の海と同様に、タイタンの海の標高は等電位面と一致するように測定されました（図 1、Hayes ら (2017)）。3 回の別々のフライバイ（T91、T104、T108）からの高度測定では、リゲイア海、クラーケン海、プンガ海の液体表面は、互いに 8 メートル以内（タイタンの最も適合するジオイドに対して）にあり、再構築された宇宙船の位置で予想されるエフェメリス誤差の範囲内です（Hayes ら 2017）。同じフライバイ（T108）中に観測され、フライバイ間のエフェメリス誤差の影響を受けないプンガ海とクラーケン海の場合、一致は 1.4 メートルを超えています（Hayes ら 2017）。これらの測定値は、海が谷のネットワークによって相互につながっているという形態学的観察と一致しています (Lorenz 2014、Birch et al. 2017)。最も重要なのは、地球外惑星での海面のこれらの新しい測定値は、タイタンの最大の湖と海の水面標高が共通の等電位面を共有しており、地球全体の平均海面と同様に、タイタンの基準データとして使用できることを示唆していることです (Hayes et al. 2017)。両極地域はタイタンで世界的に最も低い標高であるため (Corlies et al. 2017、Hemingway et al. 2013、Cook-Hallett et al. 2015)、タイタンの大きな湖、海、古海域は、地球上の海洋と同様に、タイタンの堆積物輸送と水文学システムの末端盆地を表しているはずです。
図 5. タイタンの湖沼地形の多様性。(a) タイタンの北にあるリゲイア海は、大部分が浸水した海で、波食海岸線、窪み、浸水した谷の証拠が暫定的に見られるが、明らかな河川デルタはない。(b) タイタンの南にあるオンタリオ湖は、周囲と海底に窪みがあり、最も注目すべきは、推定上の堆積性沿岸地形の唯一の証拠である (Wall 他 2010)。(c) タイタンの北にあるジンポー湖は、オンタリオ湖に匹敵する大きさの湖で、海岸線と海底に数十の 5～10 キロメートルの窪みがあるのが特徴。
カッシーニ高度計は、タイタンの海の深さと組成を調べるための測深機としても使用されました (図 1、Mastrogiuseppe 他 (2014))。2013 年 5 月にリゲイア海で波を探すために設計された実験中 (図 1)、返された高度計の波形により、海底からの二次反射という予期せぬ発見がもたらされました (図 6)。リゲイア海を横切る 300 キロメートルの経路に沿って、Mastrogiuseppe 他 (2014) は複数の海底反射を検出することに成功し、往復の移動時間を使用して最大 160 メートルの深さをモデル化しました。表面反射と海底反射の相対的な振幅は液体の組成に関連し、タイタンのメタン、エタン、窒素流体がカッシーニのレーダーに対して非常に透明であることを示しました (Mitchell 他 2015)。この結果は予想外のものでした。カッシーニチームのメンバーが行った実験では、極低温のメタン/エタンの方が吸収性が高いことが分かっていました (Paillou 他 2008)。しかし、打ち上げ前の Thompson と Squyres (1990) の推定とは一致していました。この発見の直後、カッシーニの最後のタイタンフライバイ (図 1) は、中央クラーケン海とその東側の河口であるモレイサイナス (T104、2014 年 8 月)、およびクラーケン海の河口 (バフィンサイナス) とプンガ海 (T108、2015 年 1 月) を含む他の海の高度測定経路を取得することに専念しました。中央のクラーケン海は深すぎる（または吸収が強すぎる）ため、地下反射は返ってこないことが判明しましたが、モレイ海溝、バフィン海溝、プンガ海からのデータセットはすべて同様の地下反射を示し、調査対象の液体は均一に透明でメタンが優勢であることが示されました（図6、Mastrogiuseppe et al.（2016、2018b、a）、Poggiali et al.（2020））。
時間的なスナップショットを提供しているだけですが、均一にメタンが優勢な北の海のこれらの測定値は予想外でした。エタンの揮発性が低いため、地質学的時間にわたって大量のエタンが蓄積され、タイタンの高層大気でメタンが分解されるにつれて海に堆積すると予想されました（Lunine 1993）。これは、2007 年に VIMS からタイタンの液体の組成を初めて、そして当時は唯一測定した結果と一致しており、オンタリオ湖にエタンが存在することが示されました (Brown ら、2008 年)。これらのフライバイに先立つ予測では、タイタンの乾燥に従ってメタンとエタンの組成に緯度勾配があるはずであるとも示唆されていました (Lorenz、2014 年)。タイタンのより湿潤な極に向かうほどメタン沈殿率が高くなるため (第 8 章を参照)、プンガ海のような極に向かう海ではメタンが多くなると予想され、より低緯度のより乾燥したクラーケン海のような海では相対的にエタンが多くなると予想されました (Lorenz、2014 年)。したがって、マイクロ波吸収性の欠如によって示唆される実質的なエタン（またはその他の高次炭化水素流体）の一般的な欠如は、タイタンの海の組成を制御するために他のメカニズムが機能しているに違いないことを意味します。エタンを隔離するそのようなメカニズムの1つは、地下帯水層への損失です（Hayes 2016）。タイタンのクレーター分布（Neish & Lorenz
2014; Wakita et al. 2022）や湖の標高（Hayes et al. 2017）、測定された極地表面温度（Jennings et al.
2016）と地表付近の湿度勾配（Lora & Ad´amkovics ´ 2017）、観測された雲活動（Turtle et al. 2018）、地球規模の循環気候モデル（Faulk et al. 2020; Lora et al. 2022）など、多くの証拠がタイタンに帯水層（または「アルカノファー」）が存在することを示しています。同様に、海内の循環はより短い時間スケールで組成を調節する可能性があります。タイタンの流体組成が三成分系である可能性 (Steckloff 他 2020) により、タイタンの海流は潮汐力、風圧、熱駆動浮力フラックスによって駆動され、すべて数 cm/s 程度になると予想されます (Tokano & Lorenz 2015; Vincent 他 2018)。したがって、どの要因も無視することはできず、まだ十分に調査されていない複雑な環境です。RADAR サウンダーの結果は、SAR 画像観測を較正し、タイタンの最大の湖と海の大まかな水深マップを作成するためのグラウンドトゥルースとしても使用されました (図 6; Hayes (2016))。これらのマップにより、タイタンの湖と海に含まれる液体の総量は 7 × 104 km3 以上 (Hayes 2016) と推定され、これは深さ約 1 メートルの全球海洋に相当します。比較すると、地球の海にある水の総量は、地球全体に均等に分散すると、約 2.6 キロメートルの深さになります。これは、地球の大気中の総降水量の平均柱深がわずか約 22 ミリメートルであることと比較すると非常に大きいです。タイタンではその逆です。総降水量の平均柱深は 6 メートル (Tokano ら、2006 年) で、露出している表面液体の総量の約 6 倍です。したがって、地球上の水とは異なり、タイタンの現在の気候では、メタンの大部分は表面の湖や海ではなく大気中に蓄えられています。その結果、相当な地下水がない限り、ce 貯水池
リモートセンシングからは隠されているが、タイタンの湖と海は、地球上の海洋が地球全体の熱輸送を調節する主要な緩衝材として機能するのとは対照的に、タイタンの気候の受動的な指標として機能している。さらに、これらの海底地形図は、タイタン上の総液体量を推定できるだけでなく、あらゆる海流、気候、沿岸景観の進化モデルに利用できるため、有用なデータセットとなるはずだ。
最後に、カッシーニが土星系にいた 13 年間で、タイタンの液体で満たされた海が何度も観測され、タイタンには流体を移動させるメカニズムが多数あるにもかかわらず、観測された変化はわずかしかなかった (図
1)。最も顕著だったのは、タイタンの「魔法の島々」で、泡、浮遊する固体、または波のいずれかであると考えられており（Hof gartner et al. 2014、2016）、2007 年 2 月から 2015 年 1 月の間に行われた 6 回の観測で、リゲイア海で 2 回観測されました（図 1、Hofgartner et al. (2014、2016)）。海岸線の位置の唯一の顕著な変化は、クラーケン海の河口であるモレイ サイナス地域で発生しました（図 1、Hayes et al. (2011)）。それ以上の明らかな形態学的変化が起こらなかったため、海岸線の進化速度や気候変動の影響、さらにはタイタンの海岸線が岩だらけなのか堆積物で覆われているのかさえ判別できません。しかし、カッシーニの粗い画像を考えると、これは驚くべきことではありません。なぜなら、タイタンの海岸線をはるかに高解像度（約 25 メートル）で軌道から観測することによってのみ、必要な観測を行うことができるからです。
図 6. タイタン最大の湖と海の水深と組成。上: ライゲイア海とオンタリオ湖上空を飛行する T91 および T48 高度測定パスからの個々のパルス。それぞれについて最も高い反射パワーを示した最初の反射は、各液体の表面からのものでした。海底反射は時間遅延され、ここでは深度に基づいて再プロットされています。この 2 つのピーク間の相対パワーは、流体の組成を測定するために使用されます。下: ライゲイア海とオンタリオ湖の水深マップ。星印は、上記の高度測定パルスが取得された場所を示します。右: 高度測定データから測定されたタイタンの湖と海の流体の組成。組成は、Malaska ら (2017) の窒素溶解度関係を仮定して、メタン分率としてプロットされています。
3.2. オンタリオ湖と南部の古海
タイタンの南部では液体で満たされた湖はほとんど見られず、露出している液体の面積は北部の 35 分の 1 に過ぎません (図 3、Birch 他 (2018)、Hayes 他 (2018))。3 つの小さな湖は、2 つの広い窪地の間にある広い台地に存在し、他に液体で満たされた湖はわずかしか解像されていません。この地域の大部分を占めているのはオンタリオ湖で、ISS によって初めて発見され (Turtle 他 2009)、タイタンの南部で VIMS、ISS、SAR (図 5) によって完全に画像化された唯一の大きなサイズ (0.2 × 105 km2) の湖です。北部の海や大きな湖と同様に、オンタリオ湖は複数の窪み (Birch 他 2022a) を特徴としており、このような特徴がどのように形成されるかを理解する必要性がさらに強調されています。この湖は、カッシーニのSAR解像度で堆積形態を示す唯一の大きな湖/海であるという点でも特徴的です（図5、Wall et al.（2010）、Hayes et al.（2010、2011）、Birch et al.（2018））。これには、サラスワティ・フルメンの末端と同じ位置にある湖の南岸に沿った複数のローブ状の地形が含まれます（図4eおよび5）。これらの地形は河川デルタと解釈され、ローブが複数あることから剥離の証拠が示されています（Wall et al. 2010）。火星ではクレーターの壁が境界条件として機能し、複数のローブの形成を妨げ（ジェゼロクレーターなど、Goudge et al. (2017)）、大規模な決壊洪水が主要な地形形成プロセスとなっている（Goudge et al. 2021）のに対し、タイタンのデルタ形成は地球に似ている可能性があり、低傾斜の海岸線に沿って川が自由に流れ落ちる。オンタリオ湖の南岸の残りの部分には他の推定堆積物があり、海岸線の全体的な湾曲はおそらくより広い沖積平野を示している。堆積物の輸送計算では、タイタンの現在の気候では堆積物が容易に形成されることが示されているため（Birch et al. 2022b）、堆積物のかなり小さなサイズは海岸線の位置の安定性に関連している可能性がある。そのような可能性の 1 つは、最近になって初めてではないが、海岸線が現在の位置で静止し、上流の堆積物の残りが下流の新しいデルタに再加工されたというものである。これは、タイタンの長期的な気候変動の推定と一致しており、流体はタイタンの南を犠牲にして北に優先的に蓄積すると予想されている (Aharonson 他 (2009)、Hayes 他 (2018)、Lora 他 (2022)、第 8 章を参照)。
オンタリオ州の西海岸線は複雑である一方、東海岸線は驚くほど滑らかであり (図 5、Wall 他 (2010))、タイタンの波によって変化した堆積物で覆われた海岸線 (つまり、ビーチ) の最も明確な証拠となっている。この解釈を裏付けるのは、(1) 湖はより広い堆積盆地の最深部に位置しているため、海岸線は堆積物で覆われていること、(2) 風向が予想される沿岸輸送方向と一致していること (Wall et al. 2010; Schneck et al. 2022)、(3) 小規模な地形には推定バリアー島 (Birch et al. 2022a) や海岸線を分断する小さな湖の両側に堆積物が堆積していること (Birch et al. 2022a) などです。したがって、詳細な堆積物輸送モデル化により、タイタンの現在の気候の性質についてさらに詳しく解明されることが期待されます。しかし、リモートセンシングの波長すべてにおいて、風があまり強くない可能性がある「オフシーズン」ではあるものの（Hayes et al. 2013）、オンタリオ湖は驚くほど平坦であることが観測されました（図1、Turtle et al.（2009）、Brown et al.（2008）、Barnes et al.（2009）、Hayes et al.（2010）、Wye et al.（2009））。これは、風が検出可能な波を生成するには不十分であったこと、閾値風速があまりにまれにしか発生しなかったためカッシーニがそれを観測しなかったこと、および/または活動を抑制するプロセスが作用している可能性があることを示しています（Hayes et al. 2013、Cordier & Carrasco 2019、Yu et al. 2020）。タイタンの北の海も同様に平坦であることが観測され、長年にわたり大きな難問を引き起こしました。ミッションでは、タイタン北部の海面活動がようやく活発化した（図 1、Barnes 他 (2014)、Hofgartner 他 (2014、2016)）。
このような活動が波動を含む場合、タイタンが北半球の夏に近づき、その季節に予測される風速の増加と相関している可能性がある（Hayes 他 2013）。
赤外線波長では、VIMS はオンタリオ湖に 5 µm で明るく広がる一連のバスタブ リングがあることを示しており、これは液体が蒸発して海岸線が後退したときに古代の海岸線に沿って堆積した有機蒸発岩であると解釈されている（Barnes 他 2009）。Turtle 他 (2011a) と Hayes 他 (2011) も、2005 年 6 月から 2009 年 3 月の間にオンタリオ湖の海岸線が後退したと主張している（図 1）。 VIMS による湖面のエタンの検出 (Brown ら、2008 年) とバルク流体柱を通したエタンの相対的濃縮 (図 6、Mastrogiuseppe ら、2018 年 b) は、蒸発速度が流出量を上回り、湖岸の後退につながった可能性があることをさらに裏付けています。ただし、VIMS、ISS、SARデータセットの解像度に重大な制限があるため、湖岸線の後退は決定的ではありません（Cornet et al. 2012）。ただし、オンタリオ湖の湖岸線が移動したとしても、北側の湖岸線は移動していないことがわかっているため、この不一致は周囲の地形と湖の水深を反映したもので、オンタリオ湖周辺の傾斜が緩やかなため、より劇的で、したがってより目に見える変化が起こり得る可能性があります。
より広い範囲で、南極地域には、過去の気候からの潜在的な古海域として特定された 4 つの SAR 暗堆積盆地があります (図 3、Birch 他 (2018))。これらの盆地は、北部の液体で満たされた海と面積が似ており、その境界は共通の標高と一致しているように見えます (Birch 他 2018、Corlies 他 2017)。ただし、これらの盆地には 5 µm の明るい蒸発岩物質がないため (MacKenzie と Barnes 2016)、風や流出によって運ばれた堆積物によって埋没したと考えられます。2 つの最大の湖、ツォンゴ湖とオンタリオ湖は、それぞれロモ盆地とオンタリオ盆地の中央、おそらく最も深い部分にあります。体積的には、4 つの盆地はすべて北部の海の約 1.2 倍の大きさです。しかし、北の海に比べると、相互接続性ははるかに低いようです。北の海はすべて数キロメートルの幅の谷で目に見える形でつながっていますが、南では、埋め立てられた場合につながる可能性があるのはロモ盆地とオンタリオ盆地だけです (Birch et al. 2018)。これらの盆地の境界は、推定海岸線で終わる小規模な谷ネットワークによって高度に分断されている証拠も示しており、地質学的に最近の露出と一致しています (Hayes 2016)。少なくとも 1 つのケースでは、盆地境界の切れ込みが、海岸線から離れて、既存のあまり分断されていない高地まで広がるように見える露出した地形の切れ込みを示しています (図 4d、Birch et al. (2018))。
3.3. 満たされた湖と空の湖
カッシーニは合計で約 600 の満たされた湖/海と約 300 の空の湖の窪地を発見しました (Hayes 他 2008; Birch 他 2017)。これらの特徴のサイズ分布は対数正規分布で、中央直径は 77±20 キロメートルです (Hayes 2016)
タイタンの満水湖の面積は約 2 × 10^5 km2 で、空湖の面積は約 1.4 × 10^5 km2 です。北部では、タイタンの湖のほとんどは満水ですが、満水湖と空湖はしばしば近接しています (図 7c、Birch ら (2017))。これは、タイタンの地形がかつてはより大きな液体量を保持していたことを示唆しています (Birch ら 2017)。一方、南部では、ほとんどすべての湖は現在空です (図 3、Birch ら (2017))。全体として、タイタンの満水湖と空湖の地形は、タイタンの全地球表面積の約 1.1% を占めています (Hayes 2016)。比較すると、地球には 5,000 万から 3 億の活発な湖や池があり、地球の表面の約 2.7% を占めています (Downing et al. 2006; McDonald et al. 2012)。
図 7. タイタンの満水湖と空の湖。(a) タイタンの北にあるビエドマ湖。縁が盛り上がっていて (黄色の矢印)、周囲に城壁がある (水色の矢印) 数少ない湖の 1 つです。(b) タイタンの南にある名前のない空の湖。平坦な底、急峻な境界、凝集の証拠など、タイタンの鋭角の窪み (SED) の典型的な形態を多く示しています。(c) Barnes ら (2011) から再現した SAR データに重ねた擬似カラー VIMS 画像。北極の湖の周囲に 5 µm の明るい物質 (赤褐色) が見られます。(d) タイタンの北にある数十の湖。満水湖と空の湖が互いに近接しています。これらの湖の多くは縁が盛り上がっており (Birch ら 2019)、SED に分類されています。 (e) パネル c で強調表示された領域の拡大図。ウィニペグ湖を中心に、周囲の地形より 100 メートル以上高い隆起した縁を強調表示しています (Poggiali 他 2019)。
タイタンの大きな湖や海は既存の地形が浸水して形成されたように見えますが、小さな湖、つまりタイタンの鋭角の窪み (SED) はまったく異なるプロセスで形成されたように見えます (Hayes 他 2017)。SED はタイタンの北極と南極の全域で見られますが、主に西半球に集中しています (図 3、Birch 他 (2017))。線に沿って形成されたり、明確なクラスターに集まったりするなど、明らかな平面の向きや空間パターンは示されていません (Hayes 他 2008、Dhingra 他 2019)。これらは地形的にも閉じているようで、カッシーニの画像の解像度では流入や流出のネットワークの証拠は見当たりません (図 7)。空の SED は、周囲の地形に比べて平均深度が 200±100 メートルで、深度と平面図の直径の間には有意な相関関係は見られません (Hayes ら 2017)。このような深度は重要であり、海で測定された深度に匹敵します (Hayes 2016)。
満たされたSEDと空のSEDの大部分は、湖底と周囲の地形から隆起した高さ100メートル、幅1キロメートルの隆起縁も示しています（図7d、Birch et al.（2019））。これらの縁は、カッシーニSAR画像（図7eなど）と高度測定データ（Michaelides et al. 2016、Birch et al. 2019、Poggiali et al. 2019）の両方でわずか数キロメートルの幅であることが確認されており、タイタンのSEDの形成モデルにとって大きな課題となっています。特に問題なのは、SEDの平面形状から、断崖の後退によって放射状に成長し（Hayes et al. 2017）、複数の小さな特徴の集合体として現れることです（図7a、b、d）。これが事実であれば、SEDが拡大するにつれて隆起縁を破壊し、その後再生する必要があります。あるいは、SED が過去のより好ましい気候で横方向に成長した場合、縁はおそらく境界に沿った化学反応によって周囲が硬化し、後期に追加されたものと考えられます。したがって、このような縁は一種の反転した起伏を表します。いずれにせよ、SED の形成モデルのほとんどは、タイタンの気候の説明のつかない変化を前提としていますが (例: Mitri 他 (2019))、カッシーニ データの分析によって提供される多くの、しばしば矛盾する制約を満足に説明できるモデルはまだありません (Hayes 他 2017)。少数の SED (<10) は、SAR で明るく見える物質の隆起した環状部に囲まれており、これを城壁と呼びます (図 7a、Solomonidou 他 (2020))。縁とは異なり、これらの城壁は数十キロメートルの幅がありますが、タイタンの北部湖沼地帯の単一の高台の上に密集している特定のSEDでのみ見つかります（Birch et al. 2017）。これらの特徴は、SEDの進化の初期段階を示している可能性があります（Solomonidou et al. 2020）、または氷火山活動（Wood & Radebaugh 2020）または窒素マールのような爆発（Mitri et al. 2019）など、まったく異なる、より爆発的なプロセスによって形成された可能性があります。明確にするために、これらの城壁は非常にまれであり、タイタンのほとんどの小さな湖の周囲に見られる隆起した縁（図7a）と比較してはるかに幅が広いです（Birch et al. 2019）。
大きな海の場合と同様に、カッシーニは北極の地形全体に散在する11の小さな湖の水位も測定しました。これらの湖の水位は海面より数百メートル高いことが分かり、これらの湖が孤立した、または高架の集水域にあり、水文学的には海とつながっているかどうかは不明である (Hayes et al. 2017; Poggiali et al. 2020)。さらに、空の SED の底の高さは、同じ集水域にある、レーダー高度測定で測定された、満たされた湖や海の標高より上にあるように見える (Hayes et al. 2017)。これは、同じ集水域にある満たされた湖や海より底が下がっている空の SED が満たされることを示唆しており、帯水層を介した地下のつながりと通信を示唆している。カッシーニは、T126 フライバイ中に 2 つの湖の液体組成も制限した (図 1)。特に、ウィニペグ湖（図 7c/d）は、8 つの独立した湖底反射を提供できるほどの大きさでした。これらの検出のうち最も深いものは 100 メートルを超えており、海と同様に低い損失正接とメタン優位の組成を示唆しています（図 6、Mastrogiuseppe 他 (2019)）。メタン優位の液体組成は、小さな湖では意外な結果でした。形態学的証拠は、溶解ベースのプロセスを含む形成モデルを示唆しているからです（Hayes 他 2017）。溶解が SED の形成に関与していた場合、液体は、液体メタンと比較して損失正接が大幅に高い溶解した高次および/または潜在的に極性の有機物を保持していると予想するのは妥当です。小さな湖のマイクロ波透過性が大きな海と似ているという事実は、次のいずれかを示唆しています。
(1) 損失正接は溶解負荷または溶質の存在によって影響を受けない、
(2) 湖の液体は、まだ溶解成分で飽和していない降水および/または流出由来の流体によって洗い流されている、または
(3) タイタンの SED は、その周囲に沿って溶解しておらず (または溶解がまったく発生しておらず)、地下帯水層と交差すると受動的に満たされる単なる盆地である。しかし、乾燥したSEDの底部や液体で満たされたSEDの周囲に見られる蒸発岩と解釈される5µmの明るい堆積物（図7c、Barnes et al. (2011); MacKenzie
et al. (2014); MacKenzie & Barnes (2016)）は、溶解した成分が少なくとも断続的にタイタンの SED 付近には、SED が存在します。したがって、タイタンに関する多くの未解決の科学の疑問と同様に、カッシーニのデータセットが提供する答えごとに、将来の研究やミッションで取り組むべきいくつかの新しい興味深い疑問が生まれます。これらの湖の構造的境界は変化が見られませんでしたが、これらの湖の近くを移動する流体の観測が複数回行われました (図 1)。Turtle ら (2009) と Turtle ら (2011b) は、2004 年 7 月から 2005 年 6 月 (図 1) に取得された ISS 観測の間に、アラキス平原付近の地形的窪みに現れた暗い特徴について説明しています。これは、南半球の夏至の直後で、2004 年 10 月に観測された大規模な南極の雲の爆発 (Schaller ら 2009) の境界でした。このような特徴は、降雨によって濡れた広大な表面と最も一致しています (Turtle ら 2018)。Hayes ら(2011) は、2007 年と 2008/2009 年に取得された南部の繰り返しレーダー通過について論じており、部分的に満たされた湖の底にある液体が、その後の SAR 観測の間に消えているように見えることを示しています (図 1)。同様に、MacKenzie ら (2019) は、それぞれ 2006 年と 2013 年の SAR 観測と VIMS 観測の間に消えた北部の湖のコレクションについて説明しています (図 1)。どちらの場合も、観測された SAR 後方散乱および/または赤外線アルベドの差は幾何学的効果では説明できず、観測の間に液体が地中に浸透したか、蒸発したか、またはその両方であったことを示唆しています (MacKenzie ら 2019)。これらの変化は、タイタンの小さな湖の流体が、地下帯水層への流体の流れと大気からの蒸発/降水の両方によって直接影響を受けていることを示唆しています。タイタンの周回軌道上に専用の観測プラットフォームがあれば、こうした相互作用のタイムスケールをより正確に制限できる。
3.4. 低緯度の湖沼地形
安定した（つまり、長寿命の）赤道湖の存在は、地球ベースのレーダー観測（例：Campbell et al. (2003)）、カッシーニ VIMS によるキロメートル規模の低アルベド地形の観測（Griffith et al.
2012; Vixie et al. 2015）、および理論（Tokano 2020）に基づいて提案されているが、より高解像度の SAR 画像や天底指向の RADAR データセット（Hofgartner et al. 2020）では、液体で満たされた地形は確認されていない。その結果、液体で満たされた湖が確認されているのは、極地の緯度（それぞれ 50◦N-90◦N および 50◦S-90◦S）に限られており、そこでは気温が低いため（Jennings
et al. 2016、2019）、タイタンの現在の気候では湖や海が存続しています。
しかし、低緯度には過去に湖や海が存在していたという証拠があり、以前の気候体制下では安定していた可能性があります。埋没した、または高度に侵食された SED は、ソイクレーター（Solomonidou et al. 2022）および
サウスベレット（Schoenfeld et al. 2021）地域で、緯度約 40◦ まで広がっているようです。最も印象的なのは、トゥイおよびホテイ地域の南部熱帯地域（図 3）が地域的に低気圧になっていることです（Corlies 他 2017 年）。谷のネットワークが周囲の山岳地帯を SAR で明るく、形態学的に極地の湖に似た葉状の窪みの領域に排水しています（Moore 他 2014 年）。これらの地域は、5 µm の明るい蒸発岩堆積物の非極性露出が最大である地域（MacKenzie および Barnes 2016 年）にも対応しており、北部の空の湖（Michaelides 他 2016 年）と同様に、アレシボ望遠鏡からのほぼ鏡面反射が観測されています（Hofgartner 他 2020 年）。これらの観察結果はすべて、こうした地形が乾燥した湖底であることを強く示唆している。(以下略）
5. 要約
タイタンの気候と景観の結合システムは複雑で多様であり、地球自身のシステムと類似していると同時に異なっています。タイタンの化学組成は異なりますが (メタンと水、氷と有機物とケイ酸塩)、タイタンの地形と気候は、地球などの地球型惑星の進化を研究する人々にとって、有用でユニークな類似例となります。カッシーニは、キロメートル規模で、同様に多様性に富み、地球型惑星と驚くほど類似した形態を持つ河川と湖沼の地形を明らかにしました。データの制限にもかかわらず、これらの地形は、さまざまな時間スケールで作用する複雑でありながら本質的に馴染みのある一連のプロセスの物語を語っています。これらを解明するには、何十年もの研究が必要です。地球は今後も地形と気候のフィードバックの研究の主な場所であり続けるでしょうが、タイタンの河川と湖沼の地形の研究は、タイタン、地球、そして太陽系内外の水文学的世界の気候進化を推進する根本的な物理的原理とプロセスを調査するのに役立ちます。ドラゴンフライと周回衛星による将来の探査によって、河川地形の地域規模の調査がメートルスケールで行われるようになると、私たちは間違いなくまったく新しい世界を見ることになるでしょう。継続的な探査（マッケンジー他 2021）とタイタンの調査は、したがって、川や湖がどのように進化し、相互作用するかについての私たちの理解に革命をもたらすはずです。タイタンの気候システム。
そうすることで、惑星の気候と水循環が時間とともにどのように維持されるか、惑星の水循環が地球外物質によってどのように影響を受けるかという広範囲にわたる疑問に取り組むことができます。
最終的に新しいデータと、その間に構築された多くのツールが提供されれば、タイタンは、多くの地球と火星の地質学者、海洋学者、地形学者、気候科学者に太陽系外への扉を大きく開くことが期待されます。
関連記事：土星の輪と中型衛星の最近の最近の衝突の起源
土星の古代の通常衛星
A recent impact origin of Saturn's rings and mid-sized moons
Saturn's ancient regular satellites
タイタンの河川と湖沼の景観
1. はじめに
火星と同様にタイタンにも川、湖、海があるという考えは (Crossley 2000)、最初にサイエンス フィクションの分野で広まりました。『タイタンの妖精たち』(1959) で、カート ヴォネガットはタイタンにはミシガン湖と同程度のサイズの 3 つの海があり、谷のネットワークを介して一連の小さな湖や池につながっていると説明しています。結局のところ、ヴォネガットの描写は現実と驚くほど似ていました。カッシーニは、タイタンも地球と同様に、現在その表面に広大な液体の塊があり、川が地形を活発に変え、大気と直接相互作用していることを明らかにしました (図 1)。これにより、タイタンと地球は太陽系でユニークな存在となり、活発な川、湖、海が見られる唯一の 2 つの世界となっています。カッシーニは、タイタンが水文学的に活発な世界であり、地球上のものと驚くほどよく似たプロセスによって形成された地形を有していることを明らかにしましたが (Lunine & Atreya 2008; Hayes 2016; Mitchell & Lora 2016; MacKenzie et al.2021)、タイタンの地形と気候の複雑な関係を理解するにはまだ表面をかすめたに過ぎません。タイタンの地形と気候を理解することは、土星のこの氷の衛星についての理解を深めるだけにとどまりません。地球上でも、タイタンと同様に、多くの地形の起源は頑固に謎に包まれたままです (例: 川の幅を決めるものは何ですか? − Dunne & Jerolmack (2020))。この問題は、現在私たちが目にする地形が複数のプロセスの畳み込みから生じ、そのすべてが桁違いの時間スケールで作用するという単純な事実によってさらに悪化しています (Perron 2017)。これらの課題にもかかわらず、1 つの変数を制御して地形の反応を観察し、定量的にモデル化できる自然実験を模索することで、大きな進歩が遂げられています (例: Perron 他 (2009、2012)、Ferrier 他 (2013)、Perron
(2017)、Huppert 他 (2020))。タイタンは地球規模で活発な自然実験です。表面の詳細な研究は、地球上でまだ解明されていない物理プロセスの普遍性を最も厳密に検証するものであり、他の場所では実行できないものです。たとえば、地球の地質学的証拠は、過去数十億年の大部分で液体の水が存在していたことを示しています (Mojzsis 他 2001 年、Wilde 他 2001 年)。惑星はどのようにして、主要な揮発性物質の相転移に非常に近い気候を長期間維持しているのでしょうか。また、どのような制御プロセスとフィードバックがそれを維持しているのでしょうか。地球、そしておそらく一部の岩石質太陽系外惑星では、活発なテクトニズムによって絶えず新しい地形が形成され、化学的に風化できる新しい岩石が露出しています。このプロセスにより、数千年にわたって惑星の気候が緩和される可能性があります (Berner 他 1983 年、Kasting 他 1993 年)。火星にはこのような惑星サーモスタットはなかった可能性があり、太陽系内外でこのようなプロセスがどの程度一般的であるかは不明です。タイタンでは、メタンをベースとした水循環がどのくらいの期間活発に行われてきたのか、またどのような風化プロセスが働いているのかはまだわかっていません。しかし、観測された程度に表面を変化させるには十分な期間であったに違いありません。私たちがたまたま特別な時期にタイタンを観測しているということは考えにくいです。したがって、タイタンの水文学的地形を観察することで、その活動の活発さと持続性を理解することができます。この知識は、惑星の気候が不安定なサイクルを維持する仕組み、惑星の地形が時間の経過とともに維持される仕組み、そして宇宙生物学的に興味深いタイタンの異質な表面物質の性質に関する新しい情報を明らかにするのに役立つはずです。この章では、カッシーニのリモートセンシングデータで観測されたタイタンの河川と湖沼の地形、およびタイタンの表面物質と気候について多くの発見が明らかにしたことを概観することから始めます。しかし、カッシーニのリモートセンシングデータは粗く、地形データはほとんどなく（Corlies et al. 2017）、現場での測定がないため、表面の構成についてはほとんど理解できていません。現在、タイタンの水文学に関する私たちの知識は、バイキング時代の1970年代の火星の知識に匹敵します（図2）。幸いなことに、今後数十年は、地球ベースの実験、数値モデリング、および将来のミッションによるタイタンの探査への継続的な取り組みを通じて達成できる多くの新しくエキサイティングな発見が約束されています。
およびドラゴンフライ（Barnes et al. 2021）と軌道上の資産（MacKenzie et al. 2021）の両方を含む将来のミッションによるタイタンの探査への継続的な取り組みを通じて達成できる多くの新しくエキサイティングな発見が約束されています。したがって、この章の最後には、現在のカッシーニのデータで何ができるか、そしてドラゴンフライと将来の探査機の両方から得られる新しいデータによって、地球上および水文学惑星や太陽系外惑星全般における最大の問題のいくつかを解決するためにタイタンをどのように活用できるかについて議論します。
図 1. カッシーニとホイヘンスの河川と湖沼の発見のタイムライン。赤、青、緑の色は、カッシーニの主、春分、夏至のミッションを示しており、これらはタイタンの 1 年の半分未満で実施されました (図はラルフ ローレンツに触発されました)。記載されているイベントは、次の文献で説明されています: (1) ローレンツ他 (2008)。 (2/3) タートル他 (2009)。 (4) ストファン他 (2007)。
(5) アハロンソン他 (2009)。 (6) ブラウン他 (2008)。 (7) ワイ他 (2009) およびバーンズ他 (2009)。 (8) タートル他 (2011a)。
(9) ヘイズ他 (2011)。 (10) ステファン他（2010年）。 (11) ウォールら。 （2010年）。 (12) バーンズら。 （2011年）。 (13) タートルら。 (2011b)。
(14) バーンズら。 （2014年）。 (15) ウッドら。 (2013) およびバーチら。 （2018年）。 (16) ポジャーリら。 (2016) および Mastrogiuseppe et al。
（2014年）。 (17) ホフガートナーら。 （2014年）。 (18) マッケンジーら。 （2019年）。 (19) ホフガートナーら。 （2016）など。 (20) ヘイズ他。 （2017年）。 (21) バーチら。 （2019年）。 (22) マストロジュゼッペら。 (2019)。
2. タイタンの河川景観
カッシーニ合成開口レーダー (SAR)、可視赤外線マッピング分光計 (VIMS)、イメージングサイエンスサブシステム (ISS) の画像と地形データは、複数の著者によって、タイタン表面の河川渓谷ネットワークの分布を研究し、地図化するために使用されています (Collins 2005; Perron et al. 2006; Barnes et al. 2007; Lorenz et al. 2008; Jaumann et al. 2008; Cartwright et al. 2011; Langhans et al. 2012; Burr et al. 2013b,a; Miller et al. 2021; Birch
et al. 2022b)。タイタンの観測可能な谷ネットワークの大部分は、最大の海の周りの極地と、タイタンの赤道近くの山岳地帯であるザナドゥ地域（Radebaugh et al. 2011）内に見られます（図3、Miller et al.（2021））。しかし、カッシーニSAR画像の解像度と範囲が限られているため（表面の約20％が350メートル未満、約40％が1キロメートル未満（Hayes et al. 2018））、幅700メートル未満の谷ネットワークのマッピングは不完全である可能性があります（Miller et al. 2021）。ホイヘンスがより高解像度で観測した単一の場所で表面が大きく分断されていること（図2）は、カッシーニの解像度を下回る川がタイタン全体に豊富に存在する可能性があることを示唆しており、これはドラゴンフライが2030年代半ばにセルクレーターに到着することで検証可能な仮説です。
2.1. 液体で満たされた極地の谷ネットワーク
タイタンの谷ネットワークは、見かけの幅とネットワークの長さの両方において、極域に位置しています（図3）。この分布は、極域のネットワーク内に液体が存在することが知られているため、わずかに偏っています（Miller et al. 2021）。これは、タイタンの雨を反映したメタンと窒素の混合物である可能性が高いため（Graves et al. 2008）、明るい周囲とのコントラストが強くなり、乾燥した、またはほとんど乾燥した赤道ネットワーク（Mitchell & Lora 2016）よりも簡単に観察できます（Miller et al. 2021）。極域内では、谷ネットワークは両極の東半球に密集しており（図3）、大きな満たされた海と空の海に流れ込んでいます（Birch et al. 2017; Miller
et al. 2021）。小さな湖の周辺では河川の特徴はほとんど見られず (Hayes 2016; Birch et al. 2017; Hayes
et al. 2018)、このような地域の条件は谷ネットワークの形成に適していないことを示唆しています。
タイタンのどこでも見られる谷ネットワークの密度が最も高いのは、液体で満たされた北の海の周辺です。
十分な解像度が利用できる場合、谷は周囲の多くの点で海の海岸線と交差しているように見えます。これらのネットワークの形態は、非常に広い水路の口と、個々の谷から周囲の岬まで液体がはるか上まで広がっている地球の洪水で浸水した川の谷とよく似ています (図 4b)。カッシーニ高度計によるそのようなネットワークの 1 つである Vid Flumina の液体表面標高の観測では、液体の標高が海面と、液体の高度計のセンチメートル精度の範囲内で一致していることが示されています (Poggiali 他 2016)。これらの観測結果は、地形学的観測および軌道力の結果として両極間で液体が循環するという初期の予測と一致しています (Aharonson 他 2009、Lora 他 2014)。ただし、タイタンの両極間で意味のある量の流体が循環するかどうかは、表面地形を含む最近の気候モデルでは両極間の液体在庫に複数の大きな変動を生成するのに苦労しているため、依然として議論の余地があります (Lora 他 (2022)、第 8 章を参照)。それでも、少なくとも最近は、北半球の海面上昇の影響なしに地形学的観測を調和させることは困難です。
図 2. カッシーニとホイヘンスの画像の比較。左: ホイヘンス DISR による着陸地点付近の樹枝状河川ネットワークのモザイク。右: カッシーニの SAR 機器がまったく同じ表面を捉えた様子。タイタンの詳細な観測がいかに少ないかが浮き彫りに。極地の谷ネットワークも、形態学的に非常に多様です。リゲイア海付近の Vid Flumina (図 4a) などの一部のネットワークは樹枝状 (Burr 他 2013b、Poggiali 他 2016、Miller 他 2021) に見え、その縁付近で排水が捕捉されたという推測上の証拠があります (図 4a)。Vid Flumina には、側面が急勾配 (>30◦) の壁も刻まれており、地形や基底レベルの変動が最近または現在進行中である可能性を示唆しています。プンガ・マーレ付近の谷ネットワークは、浸食溝に似ているという点で特徴的であり（図4i）、均一浸食/溶解浸食の証拠である可能性がある（パレルモ他（2022）、準備中）。このような特徴が海域に沿った1点のみに発生することは、VIMSやISSでは検出されない表面組成の変化が存在し、このようなネットワークの形成に有利に働いている可能性があることを示唆している。クラーケン・マーレとリゲイア・マーレ周辺の多くの谷ネットワークは空間的な長さも短く、洪水がより限定的であるか、または集水域がより急勾配で小さいことを示唆している。地形データが全般的に不足しているにもかかわらず (Corlies et al. 2017)、流域の形状 (Miller et al. 2021)、ネットワークの形態 (Black et al. 2012)、海岸線の湾曲 (Tewelde et al. 2013) などの地形学的指標はすべて、これらの極地の谷ネットワークが周囲の地形の限定的な侵食による隆起を経験していることを示唆しています (Black et al. 2012)。総合的に、タイタンの河川地形は、その表面が進行中の気候変動にまだ反応していることを示しており、おそらくメタン在庫の世界的な減少によって悪化しています (Hayes (2016)、第 8 章を参照)。
リゲイア海の北岸に沿った Xanthus Flumen (図 4g) などの多数の液体で満たされた谷は、海岸から数十キロメートル離れた海底に沿って広がっています。コキトス・フルミナのような他の湖は、海岸線と平行に 50 キロメートル以上流れ、最終的に海に流れ込みます (図 4b)。これは、最近の基底レベル上昇を反映している可能性があります。同様の地形は、南岸沿いの他の 2 か所でリゲイア海に流れ込み、北岸沿いではクラーケン海とジンポー湖の両方に流れ込み、一貫したパターンを示しています (例: 図 4b/f)。ジンポー湖は特に特徴的で、川の谷が横断する途中で湖に入り、出て、再び湖に入るように見えます (図 4f)。このような距離を海底を横断しても、このような谷がすべて周囲よりもかなり暗いままであることは、より細かい粒子の物質が水没した水路床のみを覆っているか、谷が海底に大きく刻まれているか、または流体や溶解/懸濁物質が異なるために組成が異なることを意味しています。前者はありそうにありません。なぜなら、タイタンの現在の気候下では、沖合のこれらの位置での細粒物質の堆積は、周囲の平野と海底の両方で均一であるはずだからです。海面上昇はこれらの観察結果を説明できるかもしれませんが、谷は大きく削られ（数百メートル、Mastrogiuseppe et al. (2019)）、堆積物が不足している必要があり、この両方が同時に起こる可能性は低いです。代わりに、これらの特徴は、おそらく海底に沿った超密度流（例えば、濁流）によって、タイタンの現在の気候下でのいかなる堆積よりも速い速度で削られ/掘削が続いていることを示している可能性があります。このような密度流は、タイタンの三成分流体の密度と粘度が温度によって大きく変化するという理論上の理由から発生する可能性があり (Steckloff et al. 2020)、メタン窒素流体は、わずかにエタンが豊富な海に比べて負の浮力があります (Steckloff et al. 2020)。これらの流れは、特に堆積物負荷が高い場合はカッシーニのレーダーをより吸収する可能性があり、そのためより暗い外観をしています。正確なダイナミクスと影響については、このようなプロセスの実現可能性をテストするための詳細な数値的および実験的調査が必要ですが、これらの特徴の普遍性は、タイタンの流体が、地球では定期的に遭遇しない現象を頻繁に引き起こす可能性があることを示唆しています。地球では、単一の流体である水は、密度の変化が比較的わずかです (最大約 1%)。タイタンでは、密度の変化は最大約 20% です (Steckloff et al. 2020)。
タイタンの南部では、北部と比較して同様の数の谷ネットワークが観察され（Miller et al. 2021）、
大きな、しかし空っぽの（Miller et al. 2021）盆地の周りに密集しています（図3）。この分布は、チャネル形成に必要な全体的な条件が両極間で同等であることを示唆しています（Birch et al. 2017）。
南部のネットワークの形態も、北部のネットワークと同様に多様です。たとえば、サラスワティ・フルメンは、低い傾斜の平野（図4e）を曲がりくねって流れているように見えますが、これは、未固結物質で構成された以前の海底であると考えられています（Birch et al. 2018）。これにより、サラスワティ・フルメンは潜在的に沖積チャネルになります（Birch et al.（2022b）、以下を参照）。タイタンの南極付近には、ロモ盆地の内側に向かって傾いたブロックに刻み込まれたように見える、直線的で平行なネットワークが多数あります (図 4d)。これらは、地質学的に最近の過去にベースレベルが低下し、刻み込まれたことを主張するために使用されました (Hayes 2016、Birch et al. 2018)。最後に、ロサック平原に流れ込むのは、蛇行している可能性のある谷であるセラドン・フルミナ (図 4c) です (Malaska et al. 2011)。カッシーニによって撮影されたのは谷のごく一部だけですが、撮影された部分は地球上の蛇行した水路と驚くほど似ています。波打つ地形を単に迂回する広い谷ではなく、チャネルの形状を観察している場合、このような特徴の存在は、タイタンの表面に粘着性物質が存在し、チャネルの土手を安定化させる働きをしている、または他のメカニズムが蛇行するチャネルを生成できる可能性があることを示唆します (Howard 2009)。
図 3. タイタンの河川と湖沼の特徴の分布。タイタンの谷ネットワーク、湖沼、海のほとんどは極地の緯度に集中していますが、谷ネットワークは比較的地球全体に分布しています (Miller et al. 2021)。扇状地は主にタイタンの中緯度にあります (Birch et al. 2016)。両極では、タイタンの最大の湖沼、海沼、古海洋は東半球に集中していますが、小さな湖のほとんどは反対半球にあります (Birch et al. 2017)。小さな湖の最大のクラスターは、海面から数百メートル高いタイタンの「湖水地方」にあります。主要な地域と特徴にはラベルが付けられており、ホイヘンス着陸船とドラゴンフライ着陸地点セルクレーターのおおよその位置も示されています。
2.2. 赤道および中緯度の谷ネットワーク
タイタンの低緯度全域で、谷ネットワークと堆積物が豊富に観察されますが、極地ほどではありません (図 3)。特に、タイタンの赤道近くのザナドゥ地域は非常に山岳地帯であり (Radebaugh 他 2011)、タイタンの低緯度谷ネットワークの大部分が含まれています (図 3、Miller 他 (2021))。
カッシーニのキロメートルスケールの解像度ではザナドゥの外側にネットワークがほとんど見られないことは、この山岳地帯の外側には十分な傾斜がないこと、低地の多くの水路が風成堆積物の堆積の結果として埋もれていること（Lopes et al. 2016; Malaska et al. 2016; Brossier et al. 2018; Lopes et al. 2020）、またはそのような水路が小さく、カッシーニのデータでは周囲と区別するのが難しいことを示唆している。河川の谷ネットワークはタイタンの迷路地形でも観察されており（図4h）、その構成と空間範囲を使用してこれらの地形を分類している（Malaska et al. 2020）。タイタンで最も起伏の大きい地形であるにもかかわらず、これらの地形を横断する統合ネットワークが全体的に不足していることから、カルストのような侵食が行われたと主張されている（Malaska et al. 2020）。しかし、断絶した性質と明らかに閉じた谷の存在は、カッシーニの解像度が粗く、細かい地形データがないことに関係しているという解釈を無視することはできません。したがって、新しいリモートセンシングデータが利用可能になるまで、これらの特徴のカルスト以外の起源を調査する必要があります。赤道の谷ネットワークの大部分は、周囲と比較して SAR 画像で明るくなっています (図 4j/k) (Burr 他 2013b、a; Miller 他 2021)。これは、現在乾燥している、またはほとんど乾燥しているチャネル床がセンチメートルサイズの砂利で構成されている (Le Gall 他 2010) か、チャネルが、流体充填が比較的少ないために露出した壁に沿って粗さ要素を持つより広い谷の中にあることを示唆しています。明るい谷の多くは、平面形状が長方形に見え（図4k）、ある程度のテクトニック制御を示唆しています（Burr et al. 2013a）。
これらの谷ネットワークのいくつかの明るさの変化は、サイズ選択輸送による下流の細粒化の証拠として使用されていますが（Maue et al. 2022）、そのような物質の摩耗率は研究が始まったばかりであり（Maue et al. 2022）、チャネルの明るさが谷の明るさから分離できるかどうかは不明です。
降下中のホイヘンス着陸船からの画像には、カッシーニの解像度をはるかに下回るスケールで、河川によって削られた（Tomasko et al. 2005、Daudon et al. 2020）表面も示されています（図2）。タイタンの赤道付近のより広いシャングリラ砂丘地帯の小さな丘陵内には、樹枝状のネットワークとより長方形のネットワークの両方がある（Tomasko 他 2005 年）。谷が分水嶺まで伸びているように見える樹枝状のネットワークの排水密度の高さは、降雨による流出による形成を推測するのに使用され、適度な降雨量が必要とされた（Perron 他 2006 年）。一方、より長方形のネットワークは、浸食の証拠であると主張された（Soderblom 他 2007 年）。しかし、樹枝状のチャネルと比較してこのネットワークの画像解像度が粗いため（Tomasko 他 2005 年、Soderblom 他 2007 年）、また、他のプロセスによっても、このネットワークは、浸食の証拠となる可能性が示唆された。同様の樹液滴形成能を持つ支流は存在しないが（Lamb et al. 2006, 2007, 2008）、高次の支流のイメージがなければ長方形のネットワークの解釈は不確かなままである（Malin & Carr 1999）。
図 4. タイタンの河川によって形成された多様な地形。(a) 樹枝状で切り込みのあるビッド・フルミナがリゲイア海に流れ込んでいる。(b) コキトス・フルミナは、リゲイア海の海岸線と平行に流れる双子のネットワーク。(c) タイタンの南にある曲がりくねったセラドン・フルミナ。(d) ロモ盆地の周囲に沿って浸食されている無名の谷ネットワーク。(e) オンタリオ湖の海岸線に沿ったタイタンの唯一の 2 つのデルタのような地形で終わるサラスワティ・フルメン。(f) ジンポ湖に流れ込み、そこから流れ出し、またジンポ湖に戻るように見える無名の谷ネットワーク。(g) リゲイア海に流れ込み、海底に沿って沖合に数十キロメートルにわたって広がるザンサス・フルミナ。 (h) ランキヴェイル迷路地形内の分断されたネットワーク。その独特の複雑さが際立っている。(i) プンガ・マーレに流れ込む無名のネットワーク。浸食や均一な浸食の証拠を示唆している。(j) エリヴァガル・フルミナ。メンルヴァ・クレーターの浸食された縁から広い扇状地複合体に流れ込む編みこまれたネットワーク。(k) タイタンのザナドゥ地域を横切る広大な長方形のネットワーク。
2.3. 河川堆積物
タイタンの河川は現在または最近まで堆積物を輸送していた可能性が高い。ホイヘンス着陸地点では砂利大の堆積物が観測されており（Tomasko et al. 2005）、大気からも相当量の堆積物が堆積すると予想されている（例：Krasnopolsky (2010)）。したがって、タイタンの谷のネットワークの末端には堆積物が存在すると予想される。
実際、扇状地（図 4j）はタイタン全土に見られ（図 3、Birch et al.（2016）、Radebaugh et al.（2016）、中緯度付近に強く集中しています（Birch et al. 2016）。これらの扇状地は、より大きな傾斜の流域から発生しており（Radebaugh et al. 2016）、地球上の大規模な巨大扇状地と同様のダイナミクスを示唆しています。VIMS の観測によると、扇状地はしばしば「青」に見える（Brossier et al. 2018）ことが示されており、これは水氷の相対的な豊富さを示していると解釈されています（Barnes et al. 2007）。これらの特徴の世界的な分布は、降雨による最大の流出が同じ緯度で発生すると予測する地球規模の気候モデルと一致しています（Faulk et al. 2017）。これらの相関関係は、これらの堆積物がタイタンの現在の気候で活発に形成されていることを示唆しています。しかし、火星や地球の扇状地に比べて比較的小さいサイズであることから、タイタンの中緯度にある谷のネットワークは粗い砂利で覆われている可能性があり (Birch et al. 2016)、タイタンの地形全体の低下を遅らせている (Howard et al. 2016) と推測されました。驚くべきことに、タイタンの大規模な谷のネットワークのほとんどは、その末端近くに目に見える堆積物を残しません。これは、オンタリオ湖 (Wall et al. 2010) の外側ではデルタがまれにしか見られない極地の海 (Birch et al. 2022a) と、赤道にある数キロメートル幅の明るい大規模な谷のネットワーク (図 4k) の両方に当てはまります。タイタンの川が単に堆積物の形成に非効率的であるのか、それともそのような堆積物が侵食、改変、または埋没しているのかについては、より詳細な調査が必要です。したがって、これらの失われた堆積物は堆積物の予算の推定を複雑にし、タイタンの堆積物の運命について疑問を投げかけています。
3. タイタンの湖沼の景観
タイタンの河川の景観と同様に、タイタンの湖沼の景観の大部分は極地で発見されており (図3; Stofan et al. (2007); Hayes et al. (2008, 2018); Lopes et al. (2020))、タイタンの現在の気候を強く反映しています (Mitchell & Lora 2016; Faulk et al. 2020)。しかし、タイタンの河川地形とは異なり、タイタンの湖と海の分布は半球的に非対称で、北緯50度から北緯90度までの面積の12%を占める一方、南部の同等の面積のわずか0.3%を占めています（Stofan et al. 2007; Hayes et al. 2008; Hayes 2016; Birch et al. 2017）。
タイタンの湖沼地形は、それぞれの極域内でさらに密集しています。両極の西半球の大部分を占めているのが、タイタンの「湖水地方」です（MacKenzie et al. (2019); 図3）。これらの地域には、液体で満たされたさまざまな状態の数百の小さな湖（通常は直径 50 キロメートル未満）があり、すべて有機物が豊富であると考えられる起伏のある平原に埋め込まれています (Birch 他 2017 年、Hayes 2016 年)。これらの湖で切り開かれた平原は、周囲を分断された高地で区切られた高地に囲まれた高台盆地に囲まれています (Moore 他 2014 年、Hayes 2016 年、Hayes 他 2017 年、Birch 他 2017 年)。東半球の低高度 (図 3) には、液体で満たされた海と空の古海の両方であるタイタンのより広い窪地があります (Birch 他 2017 年)。これらの二分法は、組成、水力、および/または地球物理学的制御のいずれかを示唆しています (Birch et al. 2017; Hayes et al. 2017; Hemingway et al. 2013; Cook-Hallett et al. 2015; Faulk et al. 2020; Lora et al. 2022)。
3.1. 液体で満たされた北極の海と大きな湖
タイタンの北極地域では、広い液体で満たされた窪地が 3 つの海 (クラーケン海 (5 × 10^5 km^2)、リゲイア海 (1.3 × 10^5 km^2)、プンガ海 (0.6 × 10^5 km^2)) と、ジンポー湖 (0.22 × 10^5 km^2) を含むいくつかの最大の湖を形成しています。これらの最大の地形は北極の緯度 (>50◦N、図 3) に限定されており、面積で液体で満たされた表面全体の 80% 以上、体積で露出した表面液体の 95% 以上を占めています (Hayes 2016、Birch 他 2017)。
解像度がタイタンの海岸線を解像するのに十分な場合、谷のネットワークが一貫して海に流れ込んでいることが観測され（図5、Miller et al. (2021)）、その鋸歯状の外観に基づいて浸水しているように見えます（図5、Stofan et al.
(2007)、Hayes et al. (2011)）。そのようなネットワークの1つに対する高度測定（上記を参照、Poggiali et al. (2016)）は、これらの解釈を裏付けています。タイタンの海の中で最大であり、太陽系で最大の閉鎖された表面液体体であるクラーケン海も、狭い（幅約10キロメートル）海峡でつながれた、地形的に制御された一連の広い盆地で構成されているようです（Lorenz 2014）。これらの広い盆地が、衝突か地殻変動か (Hemingway 他 2013 年、Cook-Hallett 他 2015 年) のどちらによって形成されたのか、また、その中に蓄えられた堆積物の量は、どちらも不明のままです。
しかし、タイタンの北極の海岸線の形態は、洪水だけが支配的ではありません (図 5)。海岸線とすべての海と最大の湖の海底の両方で、直径約 5～10 キロメートルの円形の窪みが一貫して観察されています (図 5)。実際、タイタンの大きな湖沼には、このような特徴が欠けているものはありません (Birch 他 2022a)。
すべての大きな海の海岸線に沿って、外海にさらされる割合が多い海岸線の一部は、海岸のより保護された部分よりも系統的に直線的であるように見えます (Palermo 他 2022 年)。これらの観察結果は、風で運ばれた波による形成と一致する可能性があります。風で運ばれた波は、より開けた海岸沿いの海岸線を横切る大きな波ほど、海岸線をより滑らかな形に侵食する能力が高くなります (Huppert et al. 2020; Palermo et al.
2022)。タイタンの海に波があるという証拠も存在し、RADAR (Hofgartner et al. 2014, 2016) と VIMS (Barnes et al. 2014) の両方の機器が、風で運ばれた波によって説明できるタイタンの湖と海の表面の荒れを検出しました。したがって、タイタンの海岸線の観察結果を利用して、堆積物を移動させたり、岩盤を剥離したりするために必要な風速を導き出すことができます (Schneck et al. (2022)、準備中、Palermo et al. (2022))。これは、タイタンの地形と気候の密接なつながりを浮き彫りにしています。このような研究の成果は、今後のメソスケールの大気（Rafkin & Soto (2020) など）、気候（Lora et al. 2022）、海洋循環（Lorenz 2014）モデリングの重要な入力データセットとしても役立ちます。最後に、北極の湖や海の海岸線、特に河川デルタ（Birch et al. 2022a）には、明らかな堆積特性はほとんど見られません。地球では、多くの河川が液体の塊と交差してデルタで終わります（Nienhuis et al. 2020、2022）。タイタンではデルタは例外で、タイタンの北には明らかな候補はありません（Birch et al. 2022a）。なぜそうなるのかは未解決の謎のままです。地球の海と同様に、タイタンの海の標高は等電位面と一致するように測定されました（図 1、Hayes ら (2017)）。3 回の別々のフライバイ（T91、T104、T108）からの高度測定では、リゲイア海、クラーケン海、プンガ海の液体表面は、互いに 8 メートル以内（タイタンの最も適合するジオイドに対して）にあり、再構築された宇宙船の位置で予想されるエフェメリス誤差の範囲内です（Hayes ら 2017）。同じフライバイ（T108）中に観測され、フライバイ間のエフェメリス誤差の影響を受けないプンガ海とクラーケン海の場合、一致は 1.4 メートルを超えています（Hayes ら 2017）。これらの測定値は、海が谷のネットワークによって相互につながっているという形態学的観察と一致しています (Lorenz 2014、Birch et al. 2017)。最も重要なのは、地球外惑星での海面のこれらの新しい測定値は、タイタンの最大の湖と海の水面標高が共通の等電位面を共有しており、地球全体の平均海面と同様に、タイタンの基準データとして使用できることを示唆していることです (Hayes et al. 2017)。両極地域はタイタンで世界的に最も低い標高であるため (Corlies et al. 2017、Hemingway et al. 2013、Cook-Hallett et al. 2015)、タイタンの大きな湖、海、古海域は、地球上の海洋と同様に、タイタンの堆積物輸送と水文学システムの末端盆地を表しているはずです。
図 5. タイタンの湖沼地形の多様性。(a) タイタンの北にあるリゲイア海は、大部分が浸水した海で、波食海岸線、窪み、浸水した谷の証拠が暫定的に見られるが、明らかな河川デルタはない。(b) タイタンの南にあるオンタリオ湖は、周囲と海底に窪みがあり、最も注目すべきは、推定上の堆積性沿岸地形の唯一の証拠である (Wall 他 2010)。(c) タイタンの北にあるジンポー湖は、オンタリオ湖に匹敵する大きさの湖で、海岸線と海底に数十の 5～10 キロメートルの窪みがあるのが特徴。
カッシーニ高度計は、タイタンの海の深さと組成を調べるための測深機としても使用されました (図 1、Mastrogiuseppe 他 (2014))。2013 年 5 月にリゲイア海で波を探すために設計された実験中 (図 1)、返された高度計の波形により、海底からの二次反射という予期せぬ発見がもたらされました (図 6)。リゲイア海を横切る 300 キロメートルの経路に沿って、Mastrogiuseppe 他 (2014) は複数の海底反射を検出することに成功し、往復の移動時間を使用して最大 160 メートルの深さをモデル化しました。表面反射と海底反射の相対的な振幅は液体の組成に関連し、タイタンのメタン、エタン、窒素流体がカッシーニのレーダーに対して非常に透明であることを示しました (Mitchell 他 2015)。この結果は予想外のものでした。カッシーニチームのメンバーが行った実験では、極低温のメタン/エタンの方が吸収性が高いことが分かっていました (Paillou 他 2008)。しかし、打ち上げ前の Thompson と Squyres (1990) の推定とは一致していました。この発見の直後、カッシーニの最後のタイタンフライバイ (図 1) は、中央クラーケン海とその東側の河口であるモレイサイナス (T104、2014 年 8 月)、およびクラーケン海の河口 (バフィンサイナス) とプンガ海 (T108、2015 年 1 月) を含む他の海の高度測定経路を取得することに専念しました。中央のクラーケン海は深すぎる（または吸収が強すぎる）ため、地下反射は返ってこないことが判明しましたが、モレイ海溝、バフィン海溝、プンガ海からのデータセットはすべて同様の地下反射を示し、調査対象の液体は均一に透明でメタンが優勢であることが示されました（図6、Mastrogiuseppe et al.（2016、2018b、a）、Poggiali et al.（2020））。
時間的なスナップショットを提供しているだけですが、均一にメタンが優勢な北の海のこれらの測定値は予想外でした。エタンの揮発性が低いため、地質学的時間にわたって大量のエタンが蓄積され、タイタンの高層大気でメタンが分解されるにつれて海に堆積すると予想されました（Lunine 1993）。これは、2007 年に VIMS からタイタンの液体の組成を初めて、そして当時は唯一測定した結果と一致しており、オンタリオ湖にエタンが存在することが示されました (Brown ら、2008 年)。これらのフライバイに先立つ予測では、タイタンの乾燥に従ってメタンとエタンの組成に緯度勾配があるはずであるとも示唆されていました (Lorenz、2014 年)。タイタンのより湿潤な極に向かうほどメタン沈殿率が高くなるため (第 8 章を参照)、プンガ海のような極に向かう海ではメタンが多くなると予想され、より低緯度のより乾燥したクラーケン海のような海では相対的にエタンが多くなると予想されました (Lorenz、2014 年)。したがって、マイクロ波吸収性の欠如によって示唆される実質的なエタン（またはその他の高次炭化水素流体）の一般的な欠如は、タイタンの海の組成を制御するために他のメカニズムが機能しているに違いないことを意味します。エタンを隔離するそのようなメカニズムの1つは、地下帯水層への損失です（Hayes 2016）。タイタンのクレーター分布（Neish & Lorenz
2014; Wakita et al. 2022）や湖の標高（Hayes et al. 2017）、測定された極地表面温度（Jennings et al.
2016）と地表付近の湿度勾配（Lora & Ad´amkovics ´ 2017）、観測された雲活動（Turtle et al. 2018）、地球規模の循環気候モデル（Faulk et al. 2020; Lora et al. 2022）など、多くの証拠がタイタンに帯水層（または「アルカノファー」）が存在することを示しています。同様に、海内の循環はより短い時間スケールで組成を調節する可能性があります。タイタンの流体組成が三成分系である可能性 (Steckloff 他 2020) により、タイタンの海流は潮汐力、風圧、熱駆動浮力フラックスによって駆動され、すべて数 cm/s 程度になると予想されます (Tokano & Lorenz 2015; Vincent 他 2018)。したがって、どの要因も無視することはできず、まだ十分に調査されていない複雑な環境です。RADAR サウンダーの結果は、SAR 画像観測を較正し、タイタンの最大の湖と海の大まかな水深マップを作成するためのグラウンドトゥルースとしても使用されました (図 6; Hayes (2016))。これらのマップにより、タイタンの湖と海に含まれる液体の総量は 7 × 104 km3 以上 (Hayes 2016) と推定され、これは深さ約 1 メートルの全球海洋に相当します。比較すると、地球の海にある水の総量は、地球全体に均等に分散すると、約 2.6 キロメートルの深さになります。これは、地球の大気中の総降水量の平均柱深がわずか約 22 ミリメートルであることと比較すると非常に大きいです。タイタンではその逆です。総降水量の平均柱深は 6 メートル (Tokano ら、2006 年) で、露出している表面液体の総量の約 6 倍です。したがって、地球上の水とは異なり、タイタンの現在の気候では、メタンの大部分は表面の湖や海ではなく大気中に蓄えられています。その結果、相当な地下水がない限り、ce 貯水池
リモートセンシングからは隠されているが、タイタンの湖と海は、地球上の海洋が地球全体の熱輸送を調節する主要な緩衝材として機能するのとは対照的に、タイタンの気候の受動的な指標として機能している。さらに、これらの海底地形図は、タイタン上の総液体量を推定できるだけでなく、あらゆる海流、気候、沿岸景観の進化モデルに利用できるため、有用なデータセットとなるはずだ。
最後に、カッシーニが土星系にいた 13 年間で、タイタンの液体で満たされた海が何度も観測され、タイタンには流体を移動させるメカニズムが多数あるにもかかわらず、観測された変化はわずかしかなかった (図
1)。最も顕著だったのは、タイタンの「魔法の島々」で、泡、浮遊する固体、または波のいずれかであると考えられており（Hof gartner et al. 2014、2016）、2007 年 2 月から 2015 年 1 月の間に行われた 6 回の観測で、リゲイア海で 2 回観測されました（図 1、Hofgartner et al. (2014、2016)）。海岸線の位置の唯一の顕著な変化は、クラーケン海の河口であるモレイ サイナス地域で発生しました（図 1、Hayes et al. (2011)）。それ以上の明らかな形態学的変化が起こらなかったため、海岸線の進化速度や気候変動の影響、さらにはタイタンの海岸線が岩だらけなのか堆積物で覆われているのかさえ判別できません。しかし、カッシーニの粗い画像を考えると、これは驚くべきことではありません。なぜなら、タイタンの海岸線をはるかに高解像度（約 25 メートル）で軌道から観測することによってのみ、必要な観測を行うことができるからです。
図 6. タイタン最大の湖と海の水深と組成。上: ライゲイア海とオンタリオ湖上空を飛行する T91 および T48 高度測定パスからの個々のパルス。それぞれについて最も高い反射パワーを示した最初の反射は、各液体の表面からのものでした。海底反射は時間遅延され、ここでは深度に基づいて再プロットされています。この 2 つのピーク間の相対パワーは、流体の組成を測定するために使用されます。下: ライゲイア海とオンタリオ湖の水深マップ。星印は、上記の高度測定パルスが取得された場所を示します。右: 高度測定データから測定されたタイタンの湖と海の流体の組成。組成は、Malaska ら (2017) の窒素溶解度関係を仮定して、メタン分率としてプロットされています。
3.2. オンタリオ湖と南部の古海
タイタンの南部では液体で満たされた湖はほとんど見られず、露出している液体の面積は北部の 35 分の 1 に過ぎません (図 3、Birch 他 (2018)、Hayes 他 (2018))。3 つの小さな湖は、2 つの広い窪地の間にある広い台地に存在し、他に液体で満たされた湖はわずかしか解像されていません。この地域の大部分を占めているのはオンタリオ湖で、ISS によって初めて発見され (Turtle 他 2009)、タイタンの南部で VIMS、ISS、SAR (図 5) によって完全に画像化された唯一の大きなサイズ (0.2 × 105 km2) の湖です。北部の海や大きな湖と同様に、オンタリオ湖は複数の窪み (Birch 他 2022a) を特徴としており、このような特徴がどのように形成されるかを理解する必要性がさらに強調されています。この湖は、カッシーニのSAR解像度で堆積形態を示す唯一の大きな湖/海であるという点でも特徴的です（図5、Wall et al.（2010）、Hayes et al.（2010、2011）、Birch et al.（2018））。これには、サラスワティ・フルメンの末端と同じ位置にある湖の南岸に沿った複数のローブ状の地形が含まれます（図4eおよび5）。これらの地形は河川デルタと解釈され、ローブが複数あることから剥離の証拠が示されています（Wall et al. 2010）。火星ではクレーターの壁が境界条件として機能し、複数のローブの形成を妨げ（ジェゼロクレーターなど、Goudge et al. (2017)）、大規模な決壊洪水が主要な地形形成プロセスとなっている（Goudge et al. 2021）のに対し、タイタンのデルタ形成は地球に似ている可能性があり、低傾斜の海岸線に沿って川が自由に流れ落ちる。オンタリオ湖の南岸の残りの部分には他の推定堆積物があり、海岸線の全体的な湾曲はおそらくより広い沖積平野を示している。堆積物の輸送計算では、タイタンの現在の気候では堆積物が容易に形成されることが示されているため（Birch et al. 2022b）、堆積物のかなり小さなサイズは海岸線の位置の安定性に関連している可能性がある。そのような可能性の 1 つは、最近になって初めてではないが、海岸線が現在の位置で静止し、上流の堆積物の残りが下流の新しいデルタに再加工されたというものである。これは、タイタンの長期的な気候変動の推定と一致しており、流体はタイタンの南を犠牲にして北に優先的に蓄積すると予想されている (Aharonson 他 (2009)、Hayes 他 (2018)、Lora 他 (2022)、第 8 章を参照)。
オンタリオ州の西海岸線は複雑である一方、東海岸線は驚くほど滑らかであり (図 5、Wall 他 (2010))、タイタンの波によって変化した堆積物で覆われた海岸線 (つまり、ビーチ) の最も明確な証拠となっている。この解釈を裏付けるのは、(1) 湖はより広い堆積盆地の最深部に位置しているため、海岸線は堆積物で覆われていること、(2) 風向が予想される沿岸輸送方向と一致していること (Wall et al. 2010; Schneck et al. 2022)、(3) 小規模な地形には推定バリアー島 (Birch et al. 2022a) や海岸線を分断する小さな湖の両側に堆積物が堆積していること (Birch et al. 2022a) などです。したがって、詳細な堆積物輸送モデル化により、タイタンの現在の気候の性質についてさらに詳しく解明されることが期待されます。しかし、リモートセンシングの波長すべてにおいて、風があまり強くない可能性がある「オフシーズン」ではあるものの（Hayes et al. 2013）、オンタリオ湖は驚くほど平坦であることが観測されました（図1、Turtle et al.（2009）、Brown et al.（2008）、Barnes et al.（2009）、Hayes et al.（2010）、Wye et al.（2009））。これは、風が検出可能な波を生成するには不十分であったこと、閾値風速があまりにまれにしか発生しなかったためカッシーニがそれを観測しなかったこと、および/または活動を抑制するプロセスが作用している可能性があることを示しています（Hayes et al. 2013、Cordier & Carrasco 2019、Yu et al. 2020）。タイタンの北の海も同様に平坦であることが観測され、長年にわたり大きな難問を引き起こしました。ミッションでは、タイタン北部の海面活動がようやく活発化した（図 1、Barnes 他 (2014)、Hofgartner 他 (2014、2016)）。
このような活動が波動を含む場合、タイタンが北半球の夏に近づき、その季節に予測される風速の増加と相関している可能性がある（Hayes 他 2013）。
赤外線波長では、VIMS はオンタリオ湖に 5 µm で明るく広がる一連のバスタブ リングがあることを示しており、これは液体が蒸発して海岸線が後退したときに古代の海岸線に沿って堆積した有機蒸発岩であると解釈されている（Barnes 他 2009）。Turtle 他 (2011a) と Hayes 他 (2011) も、2005 年 6 月から 2009 年 3 月の間にオンタリオ湖の海岸線が後退したと主張している（図 1）。 VIMS による湖面のエタンの検出 (Brown ら、2008 年) とバルク流体柱を通したエタンの相対的濃縮 (図 6、Mastrogiuseppe ら、2018 年 b) は、蒸発速度が流出量を上回り、湖岸の後退につながった可能性があることをさらに裏付けています。ただし、VIMS、ISS、SARデータセットの解像度に重大な制限があるため、湖岸線の後退は決定的ではありません（Cornet et al. 2012）。ただし、オンタリオ湖の湖岸線が移動したとしても、北側の湖岸線は移動していないことがわかっているため、この不一致は周囲の地形と湖の水深を反映したもので、オンタリオ湖周辺の傾斜が緩やかなため、より劇的で、したがってより目に見える変化が起こり得る可能性があります。
より広い範囲で、南極地域には、過去の気候からの潜在的な古海域として特定された 4 つの SAR 暗堆積盆地があります (図 3、Birch 他 (2018))。これらの盆地は、北部の液体で満たされた海と面積が似ており、その境界は共通の標高と一致しているように見えます (Birch 他 2018、Corlies 他 2017)。ただし、これらの盆地には 5 µm の明るい蒸発岩物質がないため (MacKenzie と Barnes 2016)、風や流出によって運ばれた堆積物によって埋没したと考えられます。2 つの最大の湖、ツォンゴ湖とオンタリオ湖は、それぞれロモ盆地とオンタリオ盆地の中央、おそらく最も深い部分にあります。体積的には、4 つの盆地はすべて北部の海の約 1.2 倍の大きさです。しかし、北の海に比べると、相互接続性ははるかに低いようです。北の海はすべて数キロメートルの幅の谷で目に見える形でつながっていますが、南では、埋め立てられた場合につながる可能性があるのはロモ盆地とオンタリオ盆地だけです (Birch et al. 2018)。これらの盆地の境界は、推定海岸線で終わる小規模な谷ネットワークによって高度に分断されている証拠も示しており、地質学的に最近の露出と一致しています (Hayes 2016)。少なくとも 1 つのケースでは、盆地境界の切れ込みが、海岸線から離れて、既存のあまり分断されていない高地まで広がるように見える露出した地形の切れ込みを示しています (図 4d、Birch et al. (2018))。
3.3. 満たされた湖と空の湖
カッシーニは合計で約 600 の満たされた湖/海と約 300 の空の湖の窪地を発見しました (Hayes 他 2008; Birch 他 2017)。これらの特徴のサイズ分布は対数正規分布で、中央直径は 77±20 キロメートルです (Hayes 2016)
タイタンの満水湖の面積は約 2 × 10^5 km2 で、空湖の面積は約 1.4 × 10^5 km2 です。北部では、タイタンの湖のほとんどは満水ですが、満水湖と空湖はしばしば近接しています (図 7c、Birch ら (2017))。これは、タイタンの地形がかつてはより大きな液体量を保持していたことを示唆しています (Birch ら 2017)。一方、南部では、ほとんどすべての湖は現在空です (図 3、Birch ら (2017))。全体として、タイタンの満水湖と空湖の地形は、タイタンの全地球表面積の約 1.1% を占めています (Hayes 2016)。比較すると、地球には 5,000 万から 3 億の活発な湖や池があり、地球の表面の約 2.7% を占めています (Downing et al. 2006; McDonald et al. 2012)。
図 7. タイタンの満水湖と空の湖。(a) タイタンの北にあるビエドマ湖。縁が盛り上がっていて (黄色の矢印)、周囲に城壁がある (水色の矢印) 数少ない湖の 1 つです。(b) タイタンの南にある名前のない空の湖。平坦な底、急峻な境界、凝集の証拠など、タイタンの鋭角の窪み (SED) の典型的な形態を多く示しています。(c) Barnes ら (2011) から再現した SAR データに重ねた擬似カラー VIMS 画像。北極の湖の周囲に 5 µm の明るい物質 (赤褐色) が見られます。(d) タイタンの北にある数十の湖。満水湖と空の湖が互いに近接しています。これらの湖の多くは縁が盛り上がっており (Birch ら 2019)、SED に分類されています。 (e) パネル c で強調表示された領域の拡大図。ウィニペグ湖を中心に、周囲の地形より 100 メートル以上高い隆起した縁を強調表示しています (Poggiali 他 2019)。
タイタンの大きな湖や海は既存の地形が浸水して形成されたように見えますが、小さな湖、つまりタイタンの鋭角の窪み (SED) はまったく異なるプロセスで形成されたように見えます (Hayes 他 2017)。SED はタイタンの北極と南極の全域で見られますが、主に西半球に集中しています (図 3、Birch 他 (2017))。線に沿って形成されたり、明確なクラスターに集まったりするなど、明らかな平面の向きや空間パターンは示されていません (Hayes 他 2008、Dhingra 他 2019)。これらは地形的にも閉じているようで、カッシーニの画像の解像度では流入や流出のネットワークの証拠は見当たりません (図 7)。空の SED は、周囲の地形に比べて平均深度が 200±100 メートルで、深度と平面図の直径の間には有意な相関関係は見られません (Hayes ら 2017)。このような深度は重要であり、海で測定された深度に匹敵します (Hayes 2016)。
満たされたSEDと空のSEDの大部分は、湖底と周囲の地形から隆起した高さ100メートル、幅1キロメートルの隆起縁も示しています（図7d、Birch et al.（2019））。これらの縁は、カッシーニSAR画像（図7eなど）と高度測定データ（Michaelides et al. 2016、Birch et al. 2019、Poggiali et al. 2019）の両方でわずか数キロメートルの幅であることが確認されており、タイタンのSEDの形成モデルにとって大きな課題となっています。特に問題なのは、SEDの平面形状から、断崖の後退によって放射状に成長し（Hayes et al. 2017）、複数の小さな特徴の集合体として現れることです（図7a、b、d）。これが事実であれば、SEDが拡大するにつれて隆起縁を破壊し、その後再生する必要があります。あるいは、SED が過去のより好ましい気候で横方向に成長した場合、縁はおそらく境界に沿った化学反応によって周囲が硬化し、後期に追加されたものと考えられます。したがって、このような縁は一種の反転した起伏を表します。いずれにせよ、SED の形成モデルのほとんどは、タイタンの気候の説明のつかない変化を前提としていますが (例: Mitri 他 (2019))、カッシーニ データの分析によって提供される多くの、しばしば矛盾する制約を満足に説明できるモデルはまだありません (Hayes 他 2017)。少数の SED (<10) は、SAR で明るく見える物質の隆起した環状部に囲まれており、これを城壁と呼びます (図 7a、Solomonidou 他 (2020))。縁とは異なり、これらの城壁は数十キロメートルの幅がありますが、タイタンの北部湖沼地帯の単一の高台の上に密集している特定のSEDでのみ見つかります（Birch et al. 2017）。これらの特徴は、SEDの進化の初期段階を示している可能性があります（Solomonidou et al. 2020）、または氷火山活動（Wood & Radebaugh 2020）または窒素マールのような爆発（Mitri et al. 2019）など、まったく異なる、より爆発的なプロセスによって形成された可能性があります。明確にするために、これらの城壁は非常にまれであり、タイタンのほとんどの小さな湖の周囲に見られる隆起した縁（図7a）と比較してはるかに幅が広いです（Birch et al. 2019）。
大きな海の場合と同様に、カッシーニは北極の地形全体に散在する11の小さな湖の水位も測定しました。これらの湖の水位は海面より数百メートル高いことが分かり、これらの湖が孤立した、または高架の集水域にあり、水文学的には海とつながっているかどうかは不明である (Hayes et al. 2017; Poggiali et al. 2020)。さらに、空の SED の底の高さは、同じ集水域にある、レーダー高度測定で測定された、満たされた湖や海の標高より上にあるように見える (Hayes et al. 2017)。これは、同じ集水域にある満たされた湖や海より底が下がっている空の SED が満たされることを示唆しており、帯水層を介した地下のつながりと通信を示唆している。カッシーニは、T126 フライバイ中に 2 つの湖の液体組成も制限した (図 1)。特に、ウィニペグ湖（図 7c/d）は、8 つの独立した湖底反射を提供できるほどの大きさでした。これらの検出のうち最も深いものは 100 メートルを超えており、海と同様に低い損失正接とメタン優位の組成を示唆しています（図 6、Mastrogiuseppe 他 (2019)）。メタン優位の液体組成は、小さな湖では意外な結果でした。形態学的証拠は、溶解ベースのプロセスを含む形成モデルを示唆しているからです（Hayes 他 2017）。溶解が SED の形成に関与していた場合、液体は、液体メタンと比較して損失正接が大幅に高い溶解した高次および/または潜在的に極性の有機物を保持していると予想するのは妥当です。小さな湖のマイクロ波透過性が大きな海と似ているという事実は、次のいずれかを示唆しています。
(1) 損失正接は溶解負荷または溶質の存在によって影響を受けない、
(2) 湖の液体は、まだ溶解成分で飽和していない降水および/または流出由来の流体によって洗い流されている、または
(3) タイタンの SED は、その周囲に沿って溶解しておらず (または溶解がまったく発生しておらず)、地下帯水層と交差すると受動的に満たされる単なる盆地である。しかし、乾燥したSEDの底部や液体で満たされたSEDの周囲に見られる蒸発岩と解釈される5µmの明るい堆積物（図7c、Barnes et al. (2011); MacKenzie
et al. (2014); MacKenzie & Barnes (2016)）は、溶解した成分が少なくとも断続的にタイタンの SED 付近には、SED が存在します。したがって、タイタンに関する多くの未解決の科学の疑問と同様に、カッシーニのデータセットが提供する答えごとに、将来の研究やミッションで取り組むべきいくつかの新しい興味深い疑問が生まれます。これらの湖の構造的境界は変化が見られませんでしたが、これらの湖の近くを移動する流体の観測が複数回行われました (図 1)。Turtle ら (2009) と Turtle ら (2011b) は、2004 年 7 月から 2005 年 6 月 (図 1) に取得された ISS 観測の間に、アラキス平原付近の地形的窪みに現れた暗い特徴について説明しています。これは、南半球の夏至の直後で、2004 年 10 月に観測された大規模な南極の雲の爆発 (Schaller ら 2009) の境界でした。このような特徴は、降雨によって濡れた広大な表面と最も一致しています (Turtle ら 2018)。Hayes ら(2011) は、2007 年と 2008/2009 年に取得された南部の繰り返しレーダー通過について論じており、部分的に満たされた湖の底にある液体が、その後の SAR 観測の間に消えているように見えることを示しています (図 1)。同様に、MacKenzie ら (2019) は、それぞれ 2006 年と 2013 年の SAR 観測と VIMS 観測の間に消えた北部の湖のコレクションについて説明しています (図 1)。どちらの場合も、観測された SAR 後方散乱および/または赤外線アルベドの差は幾何学的効果では説明できず、観測の間に液体が地中に浸透したか、蒸発したか、またはその両方であったことを示唆しています (MacKenzie ら 2019)。これらの変化は、タイタンの小さな湖の流体が、地下帯水層への流体の流れと大気からの蒸発/降水の両方によって直接影響を受けていることを示唆しています。タイタンの周回軌道上に専用の観測プラットフォームがあれば、こうした相互作用のタイムスケールをより正確に制限できる。
3.4. 低緯度の湖沼地形
安定した（つまり、長寿命の）赤道湖の存在は、地球ベースのレーダー観測（例：Campbell et al. (2003)）、カッシーニ VIMS によるキロメートル規模の低アルベド地形の観測（Griffith et al.
2012; Vixie et al. 2015）、および理論（Tokano 2020）に基づいて提案されているが、より高解像度の SAR 画像や天底指向の RADAR データセット（Hofgartner et al. 2020）では、液体で満たされた地形は確認されていない。その結果、液体で満たされた湖が確認されているのは、極地の緯度（それぞれ 50◦N-90◦N および 50◦S-90◦S）に限られており、そこでは気温が低いため（Jennings
et al. 2016、2019）、タイタンの現在の気候では湖や海が存続しています。
しかし、低緯度には過去に湖や海が存在していたという証拠があり、以前の気候体制下では安定していた可能性があります。埋没した、または高度に侵食された SED は、ソイクレーター（Solomonidou et al. 2022）および
サウスベレット（Schoenfeld et al. 2021）地域で、緯度約 40◦ まで広がっているようです。最も印象的なのは、トゥイおよびホテイ地域の南部熱帯地域（図 3）が地域的に低気圧になっていることです（Corlies 他 2017 年）。谷のネットワークが周囲の山岳地帯を SAR で明るく、形態学的に極地の湖に似た葉状の窪みの領域に排水しています（Moore 他 2014 年）。これらの地域は、5 µm の明るい蒸発岩堆積物の非極性露出が最大である地域（MacKenzie および Barnes 2016 年）にも対応しており、北部の空の湖（Michaelides 他 2016 年）と同様に、アレシボ望遠鏡からのほぼ鏡面反射が観測されています（Hofgartner 他 2020 年）。これらの観察結果はすべて、こうした地形が乾燥した湖底であることを強く示唆している。(以下略）
5. 要約
タイタンの気候と景観の結合システムは複雑で多様であり、地球自身のシステムと類似していると同時に異なっています。タイタンの化学組成は異なりますが (メタンと水、氷と有機物とケイ酸塩)、タイタンの地形と気候は、地球などの地球型惑星の進化を研究する人々にとって、有用でユニークな類似例となります。カッシーニは、キロメートル規模で、同様に多様性に富み、地球型惑星と驚くほど類似した形態を持つ河川と湖沼の地形を明らかにしました。データの制限にもかかわらず、これらの地形は、さまざまな時間スケールで作用する複雑でありながら本質的に馴染みのある一連のプロセスの物語を語っています。これらを解明するには、何十年もの研究が必要です。地球は今後も地形と気候のフィードバックの研究の主な場所であり続けるでしょうが、タイタンの河川と湖沼の地形の研究は、タイタン、地球、そして太陽系内外の水文学的世界の気候進化を推進する根本的な物理的原理とプロセスを調査するのに役立ちます。ドラゴンフライと周回衛星による将来の探査によって、河川地形の地域規模の調査がメートルスケールで行われるようになると、私たちは間違いなくまったく新しい世界を見ることになるでしょう。継続的な探査（マッケンジー他 2021）とタイタンの調査は、したがって、川や湖がどのように進化し、相互作用するかについての私たちの理解に革命をもたらすはずです。タイタンの気候システム。
そうすることで、惑星の気候と水循環が時間とともにどのように維持されるか、惑星の水循環が地球外物質によってどのように影響を受けるかという広範囲にわたる疑問に取り組むことができます。
最終的に新しいデータと、その間に構築された多くのツールが提供されれば、タイタンは、多くの地球と火星の地質学者、海洋学者、地形学者、気候科学者に太陽系外への扉を大きく開くことが期待されます。
関連記事：土星の輪と中型衛星の最近の最近の衝突の起源
土星の古代の通常衛星
A recent impact origin of Saturn's rings and mid-sized moons
Saturn's ancient regular satellites
※コメント投稿者のブログIDはブログ作成者のみに通知されます