Цирк на Марсе. Удивительные истории из «жизни» кратеров
Марсианская гора Олимп - самая высокая гора в Солнечной системе, известная человечеству
Изображение: Европейское космическое агентство, 2015 год
«Радужки», «припухлости», «потёки» и другие последствия бомбардировки метеоритами - как в разрежённой атмосфере, где практически нет воды, возникли невиданные деформации поверхности? Почему все марсианские кратеры круглые и можно ли их сравнить с человеческим глазом? axsmyth внимательно пригляделся к поверхности седьмой по размерам планеты Солнечной системы.
О кратерах, цирках и лунных морях:
Всё в нашей жизни подчинено шаблонам восприятия. Например кратеры. Впервые люди познакомились с этим явлением при изучении Луны, особенно когда неизбежным инструментом в таких вопросах стала фотография. Наглядно же и удобно. Фотография запечатлит все нюансы изображения, даже те, мимо которых прошёл глаз. А глаз человека, выхватив что-то новое, делает из увиденного шаблон. Так проще и легче. И кольцевые образования на лунной поверхности получили своё неизменное название чаши - кратера. В качестве эталонного образа кратера выступили именно лунные. Это действительно чашеобразные углубления в лунной поверхности, вызванные взрывом в момент удара в поверхность метеорита. Импактное образование. В сознании прочно укрепился шаблон, что след от удара метеорита - это кратер. Но ведь даже на Луне импактные образования бывают трёх типов: кратер, цирк и лунное море. Механизм образования этих следов очень наглядно отобразил Карим Хайдаров в своей работе, целиком посвящённой исследованию таких явлений на Луне.
Но, как мы уже могли видеть, на Земле импактные образования выглядят несколько по другому. Чашеобразный след - большая редкость. Причины этого я уже рассматривал. Это наличие у Земли мощной атмосферы и воды - всё вместе это способствует достаточно разрушительным процессам эрозии с одной стороны, с другой - обеспечивает сильное сцепление остатков разрушенной породы. Так называемые осадочные породы имеют большую прочность, нежели на Луне, где в отсутствии воды и воздуха разбитые породы остаются лежать относительно рыхлым слоем. И именно в этом рыхлом слое в момент взрыва образуется чашеобразное углубление. Из-за отсутствия атмосферы фугасный взрыв при ударе метеорита в поверхность Луны происходит всегда и всегда образуется кратер. В случае земной поверхности фугасный взрыв происходит не всегда при ударе о поверхность, для малых и средних тел он часто происходит ещё в атмосфере. И в поверхность земли врезается уже тугоплавкая часть метеорита, так называемый ударник. А в этом случае фугасная часть взрыва очень небольшая, что хорошо видно на примере ямальской дыры, а так же аналогичной дыры в Таджикистане на Памире. И в случае многих других аналогичных событий, например ударные воронки в Сасово.
И тут мне стало интересно, а как обстоят дела в отношении ударных следов на других планетах. Ведь там другие условия и по структуре почвы, по наличию атмосферы и воды. Взять, например, Марс. У него более разряжённая атмосфера, практически нет воды. Кинокомпания «Google» любезно предоставляет нам и такую возможность. Если вы этого ещё не знали, тогда мы идём к вам то теперь вы уже в курсе.
Тут есть одна интересная закономерность. Даже несколько. Марсианские кратеры, так же как и на луне - все круглые. Исключений из этого правила немного, хоть и несколько больше, чем на Луне.
И они совсем не чашеобразные. То есть, конечно, встречаются и чашеобразные, но таковых, как и на Земле, мало, хоть и побольше, чем на Земле. Они все больше похожи на лунные цирки - кольцевые горы. Поверхность внутри них либо совсем плоская, либо с центральной горкой, как и на луне, либо, что намного реже, чашей. Причём чашеобразными оказываются довольно небольшие кратеры. Некоторые из этих кратеров довольно глубоки, при этом возникает впечатление, как если бы некто вдавил что-то вроде гигантского стакана. То есть центральное углубление цилиндрично.
На Луне крупные ударные образования тоже являются цирками, но на Марсе они остаются цирками при тех размерах, когда на Луне они были бы кратерами, то есть чашами. Это связано, скорей всего с тем, что относительно рыхлый слой осадочных и эродированных пород на Марсе меньше, чем на Луне. И он при том совсем не такой рыхлый.
Вообще, марсианские кратеры несколько больше похожи на те земные ударные образования, что являются чашами. Они такие же уплощённые.
Вот пример чаш
Хорошо видно, что сама чаша образуется в относительно рыхлом верхнем слое. И видно более твёрдую подложку, которую не смог повредить фугасный взрыв при ударе. Она видна в виде плоского ровного дна, с краёв которого под углом поднимаются стенки чаши.
По поводу центральной горки процитирую Карима Хайдарова:
«Отличие цирка от чашеобразных кратеров лишь в величине. Поверхностный кинетико-термический взрыв летучей компоненты (а это 96 - 99 % массы типичной кометы) приводит к полному удалению осадочного слоя с поверхности коренных скальных пород и сметанию почвенного слоя на периферию.
В центре цирка часто имеется горка - остаток осадочной породы нетронутый накладным взрывом из-за обширности его эпицентра и направлению ударной волны в эпицентр (см. фото рис. 15). Точно такое же «щадящее» действие оказывают ядерные взрывы в атмосфере, оставляя стены домов в эпицентре целыми, например, взрыв американской бомбы 6 августа 1945 г. над городом Хиросима. Представляя собой тот же взрывной механизм, что и в случае класса 1 - «чаша», цирк обязан своему появлению ограниченности толщины осадочного слоя на планете. Поэтому минимальный диаметр цирков (20 - 30 км) на порядок больше мощности осадочного слоя (2 - 3 км). Цирк не может быть образован действием фугаса - источника ударной волны под поверхностью, так как внутренняя площадь цирка остается плоской. Кольцевое поднятие цирка может образоваться только от поверхностного газового взрыва путем выдавливания сыпучего материала с внутренней площади цирка на периферию ударной волной. Согласно [10] цирки составляют более 99% образований на поверхности Луны среди объектов диаметром 10 км и более. Это говорит о том, что более 99% космических ударников являются «новыми» кометами, то есть телами, состоящими на 96 - 99 % из летучих веществ, сразу взрывающихся при соприкосновении с поверхностью безатмосферной планеты или еще в атмосфере, как, например, «Тунгусский метеорит», 1908 г. - астероидное тело, по всей видимости, кометного происхождения».
То есть наличие центральной горки однозначно говорит нам о том, что изначально метеорит на 96 - 99 % состоял изо льда и газов.
Смотрим
Но тогда тут же возникает вопрос, а если центральной горки в импакте нет, то есть была у метеорита большая тугоплавкая составляющая, то куда она делась и где от неё след?
Здесь возможны два предположения:
1. Литосфера Марса очень прочная и представляет собой несокрушимую броню высокой прочности.
2. Внутренняя поверхность цирка во многих случаях представляет собой диск разлившегося и застывшего расплава.
В пользу первого предположения может выступить следующий снимок
Диаметр обоих цирков около 15 км
Здесь очень хорошо видна единая и целая поверхность под сдвоенной кольцевой горой, которая образовалась от двух взрывов двух метеоритов. Поверхность единая и не имеет ни одного следа проникновения ударника под поверхность Марса. Так же нет и центральной горки. Единственный вариант, противоречащий первому предположению в этом случае - это абсолютно одновременный удар обоих метеоритов в поверхность Марса так, что разлившийся расплав равномерно залил совокупную площадь обоих цирков, после чего застыл. Но подобных сдвоенных цирков на Марсе много, и допустить одномоментность во всех таких случаях некорректно. Можно предположить так же, что центральная горка в этих цирках почему-то не образовалась, а взрывы были только фугасными и без ударников.
Если говорить о втором пункте, то возможное наличие застывшего расплава внутри цирка в виде круглой цельной плиты прослеживается на следующем снимке. Диаметр образования около 70 км. Хорошо видна растрескавшаяся плита, исходным диаметром во весь цирк. Трещины есть только в пределах цирка и не распространяются за его пределы. Растрескавшийся массив правее и выше - территория соседнего цирка большего диаметра.
Хорошо видно, что растрескалась именно круглая плита внутри цирка. Причём плиты снаружи этого цирка, какими бы они ни были, не треснули, то есть обладают отличными характеристиками прочности от плиты внутри цирка.
Думаю, что первое предположение неверно, потому, что для высокоскоростного метеорита поверхность любой представимой прочности - не проблема. И высокоскоростные удары наверняка были. Вопрос в том, как именно они могут выглядеть на поверхности Марса.
Подумаем над этим, а тем временем посмотрим на другую характерную особенность марсианских импактных следов.
Эта, ещё одна закономерность прослеживается и на уже приведённых снимках, просто на них она не бросается в глаза.
Снимок, где это заметно
На этом снимке у нескольких кратеров бросается в глаза круглое образование вокруг самого цирка, диаметром в три раза большим, чем у самого цирка. Всё вместе это напоминает изображение зрачка с радужной оболочкой вокруг него. Опять невольная ассоциация с глазами. Но пусть будет так.
На этом снимке «радужка», буду называть её так, отчетливо видна у нескольких цирков, но, если приглядеться, то её заметно практически вокруг всех ударных образований. Срабатывает тот же принцип - когда знаешь, на что нужно обращать внимание, тогда заметить легче. Это полезная часть использования шаблонов восприятия. Воспользуемся ею. Посмотрим на предыдущие снимки. И вот какая штука - гораздо проще сказать, что эту «радужку» иногда трудно различить, чем уверенно сказать, что в таком-то вот случае она стопроцентно не наблюдается.
Да, в этом случае даже не припухлость, а явный выплеск расплава вокруг цирка. Видны даже конкретные потёки в правую сторону на снимке. На первом снимке в этой серии рассматриваемый кратер самый крупный и находится в левой верхней части снимка. Длинный ветвистый потёк из него тянется далеко, на расстояние около 170 км. вправо вниз и доходит до какой-то странной то ли трещины, то ли провала в поверхности Марса. Размер самого цирка - 13 км. а размер выплеска - около 30 км. Другой такой же потёк идёт вверх по снимку.
А вот другой цирк
На этом снимке отчётливо видно, что выплеск был не один, а два! Причём по два выплеска видно у каждого из этих цирков.
На мой взгляд это означает только то, что версия про дно цирка, целиком залитое расплавом и затем застывшим, имеет резонное право на существование. Причём эти выплески выглядят, как выплески именно жидкости, а не, скажем, какого-то порошка или дисперсной породы. Присутствуют даже следы потёков.
Разглядывая эту странную структуру марсианских цирков, я никак не мог понять, что же это всё мне напоминает. И вот, наконец, вспомнил. Это очень похоже на результат вот таких событий:
Какой цилиндрический провал!
Может, я и не прав, но, если представить себе жидкость чуток погуще, то результат на мой взгляд будет схожий.
Обсудить в блоге автора
Похож ли марсианский рельеф на лунный:
Итак, мы обнаружили нечто странное: практически каждый марсианский цирк или кратер имеет вокруг себя нечто вроде выплеска, предположительно расплава. Мне представляется, что это был всё же расплав, хотя это могла быть и раздробленная взрывом порода. Это больше похоже на расплав, поскольку край этого выплеска выглядит подобно растёкшейся жидкости - далеко не ровный, но и не иззубренный, как это было бы в случае измельчённой породы.
С другой стороны, учитывая регулярные марсианские песчано-пылевые бури, сложно представить, чтобы это всё за многие годы не было сметено, или сглажено, или видоизменено ещё каким-либо способом. Но этот «ореол» вокруг цирков виден достаточно отчётливо. Вот ещё примеры:
Небольшое отступление. На снимках Марса часто приходится видеть сочетания фотографий в разном цвете или вообще чёрно-белые. Тут уж приходится довольствоваться тем, что есть. Ещё неискушённому читателю нужно учитывать, что разные фотографии снимались при разном положении солнца относительно фотографируемых участков поверхности. На разных снимках солнце светит с разных сторон. В этой ситуации восприятие человека, не привыкшее к одновременному сочетанию таких вариантов освещения, создаёт впечатление выпуклости там, где имеет быть место вогнутость. Но при изменении положения представляемого солнца относительно снимка всё встаёт на свои места. Вычислить с какой стороны находится солнце помогают чёткие тени, в избытке присутствующие на снимках. Солнце при этом располагается со стороны, противоположной тени.
Также очень хорошо видна ориентированность «Google» на Марс, в противоположность Луне. Качественная съёмка лунной поверхности тоже производилась, но для Луны нет столь обширного массива фотографий, сколько их уже имеется для Марса.
В общей панораме снимков стали даже появляться фотографии высокого разрешения, снятые спутником с орбиты Марса высотой 300 километров. Разрешающая способность таких снимков достигает 30 сантиметров на пиксель. Я пока подобные снимки не использовал для изучения ситуации. Желающих перенаправлю на сайт проекта.
Но думается мне, что наблюдаемые выплески состоят не из раздробленной породы.
Я нашёл снимок, на котором хорошо видны следы обработки поверхности песчано-пылевыми бурями:
Видны «языки» песка, скопившегося в аэродинамической тени от цирков. То есть, песок и мелкая порода свободно перемешается по поверхности планеты, не затрагивая структуру выплеска. Или, точнее, затрагивая её в той же мере, в какой они воздействуют на остальную почву Марса. Это небольшой, но плюсик в пользу расплава пород выплескивавшихся из места удара.
Среди всех вариантов выплеска встречаются даже грандиозные по своему размеру относительно цирка:
Здесь выплеск в нескольких направлениях протянулся лучами,
наподобие системы лучей вокруг кратера «Тихо» на Луне
И вот тут мы подходим к интересному моменту. Я опять воспользуюсь ссылкой на работу Карима Хайдарова.
Дело в том, что на Луне эти лучи - следы обратного выброса сверхсжатого метажидкого ударника метеорита из трубки взрыва им образованной. В момент удара имеющий огромную скорость метеорит, точнее его тугоплавкая часть, так называемый ударник, от сжатия удара переходит в другое фазовое состояние - сверхсжатое метажидкое. На практике это означает, что его плотность увеличивается в два-три раза, а размер, соответственно, уменьшается. И вот такой тяжёлый и сверхплотный ударник пробивает твёрдые слои планеты даже лучше, чем нож режет масло. Этот эффект подобен кумулятивному взрыву, только намного мощнее и сильнее.
Пробив в твёрдой литосфере планеты трубку взрыва, ударник останавливается и начинает остывать. Либо быстро, либо не очень. Всё зависит от типа породы, в которой он застревает. Охладившись до температуры обратного фазового перехода? сверхсжатый ударник скачком уменьшает свою плотность до нормальной, увеличиваясь в объёме. И вот в этот момент и может произойти обратный выброс расплавленного вещества ударника и окружающих его пород. Если пробой был вертикальным, то обратный выброс образует вокруг кратера лучистую структуру. Если наклонный, то лучи будут лежать только в одном секторе, или же их вообще будет один-два. Примером этого может служить кратер Месье на Луне. Вот примеры обратных выбросов (лучистой структуры) у кратеров на Луне:
Видно, что структура выброса на Луне отличается от марсианской. На Луне это действительно похоже на выброс, резкий и мощный. А вот на Марсе - скорее именно выплеск. Он тут более плотный и неразрывный. На луне выброс состоит практически из отдельных лучей. И у самого кратера они могут образовывать относительно сплошное покрытие. На Марсе же покрытие полностью сплошное, иногда разделяющееся на краю на некое подобие лучей.
Вот пример выплесков, несколько похожих на лунные
Складывается впечатление, что вид выплесков сильно зависит от типа породы в том месте, куда ударяет метеорит.
Зрительно разный тип породы вокруг даёт в итоге разные виды «ореолов».
Еще у меня складывается впечатление, что наличие центральной горки в цирке не обязательно означает, что кратер образован метеоритом без тугоплавкой части. Особенно если центральная горка не столько горка, а просто поднятие, зачастую бесформенное.
В целом, обнаруженные закономерности в устройстве марсианских кратеров представляют собой масштабную загадку.
Почему в подавляющем большинстве марсианских кратеров имел место выплеск расплавленной породы? Даже относительно маленькие кратеры диаметром около километра имеют ореол выплеска расплава.
Почему во всех без исключения случаях выплески расплава столь равномерно круглые, как и сами кратеры и цирки?
Эти и другие вопросы пока ещё только предстоит выяснять.
Тем не менее рискну сформулировать некоторые предположения, возможные в данной ситуации.
Меньший разлёт выплесков на Марсе, по сравнению с Луной, можно объяснить несколько большей силой тяжести на Марсе (в два раза большей, чем на Луне).
Можно также предположить, что на Марсе более тонкая литосфера. Тогда, при пробое метеоритом литосферы, магма мантии может выплёскиваться на поверхность и будет достаточно долго остывать, чтобы образовать ровный участок дна внутри кратера или цирка. При таком раскладе сквозные пробои поверхности Марса даже по очень наклонной траектории маловероятны. Добавлю, что мне пока не удалось обнаружить ни одного следа такого пробоя. Вместе с тем, в результате внимательного изучения поверхности Марса складывается впечатление достаточно большой прочности внешнего слоя Марса. Его поверхность выглядит в общем плане более цельной и не разбитой на отдельные, большие или небольшие плиты и слои. Но, несмотря на такое впечатление, практически каждый удар метеорита вызывает выплеск расплава так, словно метеорит ударяет в нечто жидкое, подобно падению капель на поверхность воды на фотографиях в конце предыдущего поста. Никак не могу представить, как бы возможно было то, чтобы поверхность Марса была более прочной и цельной с одной стороны, а с другой - вела себя при ударе подобно жидкости, пусть и очень вязкой. Для меня это загадка.
Другое предположение будет состоять в том, что слои Марса под его поверхностью относительно легкоплавки, чтобы вызвать обширное расплавление породы в момент удара и последующий выплеск этого расплава. При этом разный состав пород обеспечивает разный характер получающегося выплеска. Такое предположение кажется мне чуть более вероятным, чем предыдущее.
Наверное стоит добавить, что подобные предположения довольно сильно противоречат имеющимся представлениям о строении и устройстве Марса. И как свести концы с концами я пока вообще не представляю. Увы.
Удивительно также то, что прослеживается минимум аналогий импактных сценариев с таковыми в условиях Земли. Конечно, Земля обладает в два с половиной раза большим тяготением, имеет плотную атмосферу и иную структуру своей поверхности. Всё это достаточно очевидно, как с теоретической точки зрения, так и с точки зрения импактных следов. Чуть больше аналогий прослеживается с Луной, но ненамного. Вообще, после внимательного изучения марсианских ударных следов возникает устойчивый навык узнавания и способность отличить марсианские ударные образования от лунных. Раньше мне это было совершенно неочевидно.
Обсудить в блоге автора
