Los ríos han fluido en otros dos mundos del sistema solar además 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 los ríos de metano líquido todavía fluyen hoy.

Una nueva técnica desarrollada por geólogos del MIT permite a los científicos ver con qué intensidad solían fluir los ríos en Marte y cómo fluyen actualmente en Titán. El método utiliza observaciones satelitales para estimar la velocidad a la que los ríos mueven fluidos y sedimentos río abajo.

Aplicando su nueva técnica, el equipo del MIT calculó qué tan rápidos y profundos eran los ríos en ciertas 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 espesa atmósfera de la luna y la distancia de la Tierra hacen que sea más difícil de explorar, 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 para un lugar donde no obtendremos más datos durante mucho tiempo », dice Taylor Perron, profesor de Cecil e Ida Green en Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT. « Y en Marte, nos da una máquina del tiempo, para tomar los ríos que ahora están muertos y tener una idea de cómo eran cuando fluían activamente ».

Perron y sus colegas publicaron sus resultados hoy en Proceedings of the National Academy of Sciences. Los coautores del MIT de Perron son el primer autor Samuel Birch, Paul Corlies y Jason Soderblom, con Rose Palermo y Andrew Ashton de la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI), Gary Parker de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y colaboradores de la Universidad de California en Los Ángeles, Universidad de Yale y Universidad de Cornell.

Matemáticas de río

El estudio del equipo surgió de la perplejidad de Perron y Birch sobre los ríos de Titán. Las imágenes tomadas por la nave espacial Cassini de la NASA han mostrado una curiosa falta de deltas en forma de abanico en las desembocaduras de la mayoría de los ríos de la luna, a diferencia de muchos ríos de 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 la década de 2000 desarrolló una serie de ecuaciones matemáticas para describir el flujo de los ríos en la Tierra. Parker había estudiado las medidas de los ríos tomadas directamente en el campo por otros. A partir de estos datos, descubrió que había ciertas relaciones universales entre las dimensiones físicas de un río (su anchura, profundidad y pendiente) y la velocidad a la que fluía. Elaboró ​​ecuaciones para describir estas relaciones matemáticamente, teniendo en cuenta otras variables como el campo gravitatorio que actúa sobre el río y el tamaño y la densidad del sedimento que se empuja a lo largo del lecho del río.

« Esto significa que los ríos con diferente gravedad y materiales deberían seguir relaciones similares », dice Perron. « Eso abrió la posibilidad de aplicar esto también a otros planetas ».

Echando un vistazo

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 se puede incorporar a las ecuaciones de Parker para predecir con precisión la velocidad de flujo de un río, o la cantidad de agua y sedimentos que puede mover río abajo. Pero para los ríos de otros planetas, las mediciones son más limitadas y se basan en gran medida en imágenes y mediciones de elevación recopiladas por satélites remotos. Para Marte, múltiples orbitadores han tomado imágenes de alta resolución del planeta. Para Titán, las vistas son pocas y distantes entre sí.

Birch se dio cuenta de que cualquier estimación del caudal de un río en Marte o Titán tendría que basarse en las pocas características que se pueden medir a partir de imágenes y topografía remotas, es decir, el ancho y la pendiente de un río. Con algunos retoques algebraicos, adaptó las ecuaciones de Parker para trabajar solo con entradas de ancho y pendiente. Luego reunió datos de 491 ríos en la Tierra, probó las ecuaciones modificadas en estos 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, y específicamente, a los antiguos ríos que conducen a los cráteres Gale y Jezero, los cuales se cree que fueron lagos llenos de agua hace miles de millones de años. Para predecir el caudal de cada río, conectó las ecuaciones de la gravedad de Marte y las estimaciones del ancho y la pendiente de cada río, basándose en imágenes y mediciones de elevación tomadas por satélites en órbita.

A partir de sus predicciones de la tasa de flujo, el equipo descubrió que los ríos probablemente fluyeron durante al menos 100.000 años en el cráter Gale y al menos 1 millón de años en el cráter Jezero, lo suficiente como para haber albergado vida. También pudieron comparar sus predicciones del tamaño promedio de los sedimentos en el lecho de cada río con las mediciones de campo reales de los granos marcianos cerca de cada río, tomadas por los rovers Curiosity y Perseverance de la NASA. Estas pocas mediciones de campo permitieron al equipo verificar que sus ecuaciones, aplicadas en Marte, fueran precisas.

Luego, el equipo se acercó a Titán. Se concentraron 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 se cree que existen en la luna : casi todos los ríos visibles que desembocan en un lago carecen misteriosamente de un delta. El equipo también aplicó su método a uno de estos otros ríos sin delta.

Calcularon el flujo de ambos ríos y descubrieron que pueden ser comparables a algunos de los ríos más grandes de la Tierra, con deltas estimados que tienen un caudal tan grande como el Mississippi. Ambos ríos deberían mover suficientes sedimentos para formar deltas. Sin embargo, la mayoría de los ríos de Titán carecen de depósitos en forma de abanico. Algo más debe estar en juego para explicar esta falta de depósitos fluviales.

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 lo hemos vislumbrado. Hay mucho más que sabemos que está ahí abajo, y esta técnica remota nos está acercando un poco más ».

Esta investigación fue apoyada, en parte, por la NASA y la Fundación Heising-Simons.