Астероидная бомбардировка Марса

Сб, 04/05/2014 - 19:04

Вулкан Олимп на Марсе.

Тарсис, или Фарсида.

Вид литосферного корня северного ударного района в нынешнем виде (слева) и при вычитании из него вклада вулканического района Тарсис

Модель выброса вещества из коры и мантии Марса при ударе крупного небесного тела

-

В своей ранней молодости Марс, похоже, подвергся удару, навсегда изменившему облик планеты. Объект размером с Плутон врезался в планету с севера, разделив ее на две половины — низкий север и высокий юг. Крупнейший кратер Солнечной системы сохранился до наших дней.

Считается, что около 4 миллиардов лет назад, когда Земля была, по астрономическим меркам, еще очень молодой, в нее врезался гигантский объект размером с Марс, практически полностью растопив земную кору и выбросив в окружающее пространство большое количество вещества, из которого впоследствии сформировался наш естественный спутник — Луна. Хотя ударил Землю не сам Марс, а просто похожий на него размерами объект, теперь нам должно стать не так обидно: и Марсу в его молодости пришлось не сладко. Удар огромного тела размером с Плутон изменил всю дальнейшую судьбу соседней с нами планеты, навсегда разделив Марс на непохожие друг на друга северную и южную половинки.

Дихотомия марсианских полусфер известна астрономам уже давно. Южные районы Марса покрыты многочисленными горными массивами, хребтами и полуразрушенными древними кратерами. В то же время северные области представляют собой более или менее пологое «море», в котором практически отсутствуют детали такого рода за одним, но весьма примечательным исключением — вулканическим районом Тарсис, или Фарсида, равного которому нет во всей Солнечной системе.

В среднем северное полушарие Марса на 4 км ниже южного, а местами ниже и на 8 км. С отправкой к Марсу исследовательских космических аппаратов, которые смогли точно промерить гравитационное поле планеты, стало ясно, что и сама планетарная кора на севере на 25 км тоньше, чем на юге. Из-за этого, собственно, северное полушарие и ниже: кора плавает в мантии планеты, а архимедова сила, действующая на большей глубине под южной корой, перебарывает силу, держащую на плаву более легкую северную кору.

Планетологи пока догадались всего до двух возможных причин такого разделения: они могут быть внутренними и внешними. Первый вариант, пока практически не проработанный, предполагает, что каким-то образом так сложились геологические процессы в ранней истории Марса, что могучие, аналоги земных континентальных, литосферные плиты все скопились в южном полушарии, вытеснив «океан» на север. В принципе, ничего невероятного в этом сценарии нет: на Земле, например, еще совсем недавно, по геологическим меркам, вся континентальная масса была объединена в суперматерик Пангею, и такое объединение могло происходить не раз в истории Земли. Возможно, Марс просто «застыл» в таком положении, уверены сторонники «внутренней» версии.

Вторая теория предполагает, что «северный бассейн» (Basin Borealis), по сути, представляет собой гигантский ударный кратер, которому несколько миллиардов лет.

Предполагалось, что в месте удара древняя кора расплавилась и нынешняя поверхность представляет второе поколение марсианской коры в отличие от первого, сохранившегося на юге. Возраст того или иного участка поверхности Марса, лишенного плотной атмосферы, несложно определить по внешнему виду и плотности кратеров, появившихся на каждом участке с момента образования до наших дней. Этот тест показывал, что север и впрямь немного моложе юга.

Ударную гипотезу обычно связывают с именами ныне полных профессоров Дона Уилхелмса и Стивена Сквайриза (имя последнего не зря кажется знакомым — именно он руководит программой научной работы американских марсоходов Spirit и Opportunity). Однако, по признанию самого Сквайриза, когда в середине 1980-х годов они высказали ударную гипотезу, это было не более чем ощущение, интуиция, основанная на немалом опыте исследования ударных кратеров на Земле и на других планетах; никаких вычислений американцы не проводили.

У ударной гипотезы нашлось немало противников, контраргументы которых сводились к двум основным положениям.

Во-первых, форма «кратера» далека от круглой или эллиптической — вместо этого он напоминает гигантскую «запятую» вокруг северного полюса Марса.

А во-вторых, грандиозный удар, который оставил по себе воронку диаметром 10 тысяч километров, наверняка расплавил бы марсианскую кору не только в месте удара, но и по всей поверхности планеты. Примерно так, скорее всего, происходили события на Земле, когда образовывалась Луна, потому об этом событии не осталось геологических свидетельств (иногда указывают на Тихий океан, но эта версия сомнительна по многим причинам).

Однако как сторонники, так и противники ударной гипотезы, по большому счету, вели безосновательный, а потому весьма вялый спор.

Теперь у противников ударной гипотезы отобрали их основные аргументы.
Это не значит, что ударная теория подтверждена, а внутренняя опровергнута, так как последняя от контраргументов к первой не зависит. Однако ударная теория теперь является куда более проработанной, чем ее конкурентка. Используя спортивную аналогию, можно сказать, что ударная теория перешла в другую весовую категорию и, чтобы тягаться с ней, гипотезе внутренних причин придется поднабрать научного веса.

В последнем номере Nature появились сразу три статьи, посвященные детальной проработке ударной гипотезы. Две из них описывают результаты компьютерного моделирования удара, который мог оставить на поверхности Марса такой след, который был бы похож на то, что мы видим. Третья же основана на экспериментальных данных, собранных в последние годы обращающимися вокруг Марса космическими станциями Mars Reconnaissance Orbiter и Mars Global Surveyor, и достаточно убедительно опровергает возражения против ударной гипотезы, основанные на форме «кратера».

Джеффри Эндрюз-Ханна и его коллеги из Массачусетского технологического института (MIT) и Лаборатории реактивного движения при Калифорнийском технологическом (Калтехе) смогли показать, что если исключить из рассмотрения вулканический Тарсис, находящийся прямо на краю северного бассейна, то район с необычно тонкой корой оказывается практически идеальным эллипсом.
Чтобы отличить, где под Тарсисом заканчивается тонкая кора и где начинается толстая, ученые воспользовались тем обстоятельством, что Марс со времени своего образования (после быстрого распада основных радиоактивных элементов в первые десятки миллионов лет) непрерывно остывает, а значит, толщина наружной, упругой литосферы со временем увеличивается. Ученые предположили, что Тарсис держится силой упругости прогнувшихся под его весом нижних слоев литосферы, оставшихся еще со времени образования тонкой и толстой коры; молодость вулканического района относительно древних северной и южной половинок также можно определить по покрытию его кратерами.

Объединив данные с точных спутниковых высотомеров и гравиметров, измеряющих местную напряженность поля тяготения, ученые с помощью математики смогли «углубиться» более чем на 100 км под поверхность Марса и показать, где проходит граница между тонкой и толстой корой. Эта граница плавно продолжает внешнюю, образуя ровный эллипс размером примерно 8 500 км на 10 600 км (с точностью до нескольких сот километров). Кроме того, ученые заметили, что очерченная горной цепью южная граница района Arabia Terra напоминает протяженный сектор вторичного вала, часто образующегося из вещества, выброшенного из основного кратера при ударе; впрочем, это наблюдение существенно более спекулятивное.

Вопрос о возможности расплавить кору в одном полушарии Марса, не затронув другое, изучен в паре модельных работ, сопровождающих работу Эндрюз-Ханны. Фрэнсис Ниммо и его коллеги из Университета Калифорнии в Санта-Крузе и лондонского Университета имени королевы Марии провели моделирование удара крупного тела по молодому Марсу. Их компьютерная модель обладает хорошим пространственным разрешением (элемент разрешения около 25 км), но у нее есть один существенный недостаток: обсчет ведется в двух измерениях, что позволяет изучить лишь очень симметричные удары, приходящиеся точно вертикально по поверхности планеты.

По результатам Ниммо, удар, породивший северный бассейн, был настолько силен, что пробил не только кору и мантию Марса, но даже затронул его ядро.

Энергия удара составила около сотни триллионов мегатонн в тротиловом эквиваленте, что в триллионы раз больше, чем энергия взрывов самых мощных водородных бомб, когда-либо испытанных человечеством.

При этом расчеты показывают, что кора с обратной стороны планеты вполне могла уцелеть и сейчас ее покрывает вещество, выброшенное на поверхность при ударе. По мнению ученых, удар должен был произойти в первые 100 миллионов лет после образования планеты — примерно в то же время, когда Землю ударил объект, породивший в итоге Луну. Правда, двумерное моделирование позволяет получить в итоге лишь идеально круглый кратер: «астероид-убийца» из соображений цилиндрической симметрии, которую принимают для расчетов, должен падать сверху.

Маргарита Маринова и ее коллеги из Калтеха и Университета Калифорнии в Сан-Диего в дополнение к этому провели трехмерное моделирование удара. За трехмерность модели пришлось заплатить примерно впятеро меньшим пространственным разрешением, которое даже меньше толщины всей коры. Зато удалось просчитать различные варианты ударов, в том числе и удар под углом к отвесной линии.

По мнению Мариновой, лучше всего подходит вариант, при котором объект размером от 1 600 км до 2 700 км врезался в Марс под углом от 30o до 60o (к горизонту или к отвесной линии — здесь все равно).
Этот удар, безусловно, изменил всю дальнейшую судьбу планеты. Из-за меньшей высоты северного полушария там до сих пор больше давление, сильнее ветра и вызванные ими пылевые бури, которые разносят верхние слои грунта по всей планете. Зато подъем южного полушария означает, что потоки жидкой воды, если она когда-либо существовала на Марсе, преимущественно стекали в сторону северного полушария. Возможно, благодаря, в частности, и этому находящемуся у северного полюса Марса аппарату Phoenix удалось наконец прикоснуться к марсианской воде.

Другие материалы рубрики


  • Эксперты ООН в ежегодных докладах публикуют данные, говорящие, что Землю в перспективе ждет катастрофическое глобальное потепление, обусловленное возрастающими выбросами углекислого газа в атмосферу. Однако наблюдение за Солнцем позволяет утверждать, что в повышении температуры углекислый газ «не виноват» и в ближайшие десятилетия нас ждет не катастрофическое потепление, а глобальное, и очень длительное, похолодание.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • В кинокомедии «Карнавальная ночь» один из персонажей — лектор — сообщает: «Есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе, науке не известно». С тех пор прошло почти полвека, но это утверждение справедливо и сегодня. Однако не менее справедливо и другое: «Где есть вода — там есть и жизнь». Сегодня с большой долей уверенности можно сказать: вода на Марсе есть. Дело за малым — отыскать там жизнь.


  • Никто пока не определил, всякая ли звезда в Галактике окружена другими планетами, либо Солнце является исключением из данного правила. За последние 9 лет астрономы при наблюдении за колебательными движениями звезд, которые вызваны воздействием, оказываемым на них планетами, обнаружили сотни таких планет. Но этот метод помогает фиксировать лишь самые массивные планеты, находящиеся неподалеку от звезд. Так можно обнаружить Юпитер, Сатурн в Солнечной системе, но мелкие тела (кометы, астероиды, планеты земного типа), делающие Солнечную систему такой разнообразной, астрономы бы не смогли найти, используя эти методы наблюдения.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Существует небольшой шанс, что через 3,34 миллиарда лет Марс столкнется с Землей. Также есть вероятность столкновения Земли и Венеры или Меркурия и Венеры. Меркурий вообще может упасть на Солнце или улететь в межзвездное пространство. Таковы причуды нашей системы, новые тайны которой раскрыли ученые.
    Подробнейшее численное моделирование эволюции орбит в Солнечной системе выполнили профессор Жак Ласкар (Jacques Laskar) и Микаэль Гастино (Mickael Gastineau) из Парижской обсерватории (Observatoire de Paris).
    Долгое время астрономы полагали, что орбиты планет в Солнечной системе стабильны и неизменны. Потом стали появляться сведения, что на заре зарождения системы орбиты ряда планет сильно отличались от нынешних и претерпевали большие изменения, прежде чем все «устоялось».



  • ...Несмотря на то, что идея коллапса кажется простой (при сжатии ядра выделяется энергия гравитационной связи, за счет которой выбрасываются внешние слои вещества), трудно понять процесс в деталях. В конце жизни у звезды с массой более 10 масс Солнца образуется слоеная структура, с глубиной появляются слои все более тяжелых элементов.
    Ядро состоит в основном из железа, а равновесие звезды поддерживается квантовым отталкиванием электронов.
    Но в конце концов масса звезды подавляет электроны, которые вжимаются в атомные ядра, где начинают реагировать с протонами и образовывать нейтроны и электронные нейтрино. В свою очередь, нейтроны и оставшиеся протоны прижимаются друг к другу все сильнее, пока их собственная сила отталкивания не начнет действовать и не остановит коллапс.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Тесное сходство протона и нейтрона наводит на мысль, что здесь существует симметрия. И действительно, на ядерный процесс никак не отразится, если можно было бы заменить все протоны на нейтроны, или наоборот. Это свойство получило название — симметрия изотопического спина, или изотопическая симметрия. Название связано с тем, что ядра, отличающиеся только числом нейтронов, называются изотопами. Нынешнему состоянию Вселенной соответствует равное количество протонов и нейтронов, которые находятся в постоянном движении. Но какая причина вызывает эти движения и вообще изменения в природе?..

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Варварские наклонности некоторых звезд иногда возмущают. Пока одни отнимают вещество у ближайших тел, другие поступают еще более нагло и жестоко. Они скидывают со звезд газопылевые диски, которые могли бы дать начало новой планетной системе, а то и новым формам жизни. Но не со всех, а лишь с тех, кто решается переступить опасную черту.



  • ...И тут внимание исследователей привлекла давняя и очень любопытная гипотеза космических струн. Постичь ее трудно, представить наглядно просто невозможно: струны можно только описать сложными математическими формулами. Эти загадочные одномерные образования не излучают света и обладают огромной плотностью — один метр такой "ниточки" весит больше Солнца. А если их масса так велика, то и гравитационное поле, пусть даже растянутое в линию, должно значительно отклонять световые лучи. Однако линзы уже сфотографированы, а космические струны и "черные дыры" пока существуют лишь в уравнениях математиков. Из этих уравнений следует, что возникшая сразу после Большого взрыва космическая струна должна быть "замкнута" на границы Вселенной. Но границы эти так далеки, что середина струны их "не чувствует" и ведет себя, как кусок упругой проволоки в свободном полете или как леска в бурном потоке. Струны изгибаются, перехлестываются и рвутся. Оборванные концы струн тут же соединяются, образуя замкнутые куски. И сами струны, и отдельные их фрагменты летят сквозь Вселенную со скоростью, близкой к скорости света.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Теория эволюции звезд основана на диаграмме «спектр-светимость». Спектр звезды связан с температурой ее поверхностных слоев, светимость — это количество световой энергии, излучаемой звездой в единицу времени. По оси абсцисс откладывается последовательность спектральных классов, по оси ординат — светимость. Звезды Галактики изображаются на диаграмме точками. Точки могли бы расположиться как попало, могли бы сгуститься к одной линии. Но они сгущаются к нескольким линиям и областям, из которых выделяются пять. Им соответствуют группы звезд: звезды главной последовательности, субкарлики, красные гиганты, сверхгиганты, белые карлики. Сопоставляя диаграммы «спектр-светимость», составленные для различных звездных скоплений, можно с уверенностью утверждать, что звезды главной последовательности на определенном этапе эволюции превращаются в красные гиганты. Из диаграмм также видно, как это происходит: температура звезды начинает уменьшаться, размеры и светимость, наоборот, увеличиваются. Через некоторое время температура опять начинает расти. Скорость эволюции определяется начальной массой звезды.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Был ли Большой взрыв началом времени или Вселенная существовала и до него? Лет десять назад такой вопрос казался нелепым. В размышлениях о том, что было до Большого взрыва, космологи видели не больше смысла, чем в поисках пути, идущего от Северного полюса на север. Но развитие теоретической физики и, в частности, появление теории струн заставило ученых снова задуматься о предначальной эпохе.
    Вопрос о начале начал занимать философов и богословов с давних времен. Он переплетается с множеством фундаментальных проблем, нашедших свое отражение в знаменитой картине Поля Гогена «D’ou venons-nous? Que sommes-nous? Ou allons-nous?» («Откуда мы пришли? Кто мы такие? Куда мы идем?»). Полотно изображает извечный цикл: рождение, жизнь и смерть — происхождение, идентификация и предназначение каждого индивидуума. Пытаясь разобраться в своем происхождении, мы возводим свою родословную к минувшим поколениям, ранним формам жизни и прото-жизни, химическим элементам, возникшим в молодой Вселенной, и, наконец, к аморфной энергии, некогда заполнявшей пространство. Уходит ли наше фамильное древо корнями в бесконечность или космос так же не вечен, как и мы?

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6