ВСЁ О ПЛАНЕТЕ МАРС

"Когда Марс был подобен Юпитеру"

Е.В. Дмитриев, Москва.

38^th Vernadsky-Brown Microsymposium, Abstracts, GEOKHI RAS, Moscow, October 27-28, 2003

    Происхождение дихотомии Марса все еще остается, пожалуй, одной из самых интригующих загадок в планетной системе. Если дихотомию Земли можно объяснить тектонической активностью, то на Марсе эндогенные процессы   не достигли такого уровня, чтобы могла начаться глобальная тектоника литосферных плит. По этой причине, для объяснения происхождения  дихотомии Марса стали привлекаться внешние причины катастрофического характера. Однако какого-либо приемлемого механизма такой катастрофы, объясняющего всю совокупность особенностей макрорельефа северного полушария планеты, пока не предложено.

  Причина такого положения вещей, по-видимому, кроется, прежде всего, в том, что привлекается механизм соударения крупного ударника с каменным телом планеты [1]. Такой подход обусловлен эмпирическими данными по крупным катастрофам, произошедшими с Луной, Меркурием, лунами планет-гигантов. Лунная датировка таких событий позволила установить временной интервал - 4±0,2 млрд. лет тому назад - появления в Солнечной системе популяции крупных ударников, вызвавшую гигантскую метеоритную бомбардировку тел Солнечной системы.

  В конце прошлого века неоднократно выдвигалась идея о временном захвате планетами земной группы в процессе своего образования мощных водородно-гелиевых атмосфер [2]. Кроме того, в том же веке произошли две космические катастрофы, результаты исследований которых могут пролить свет на происхождение дихотомии Марса. Это падения Тунгусского метеорита (1908 г.) и кометы Шумейкер-Леви-9 на Юпитер (1996 г.).

  Представим себе, что в период гигантской метеоритной бомбардировки Марс был все еще окутан мощной первичной атмосферой (МПА) и имел внушительные размеры, что существенно увеличивало вероятность его случайного столкновения с наиболее крупными объектами. И такая встреча однажды произошла. Далее события развивались согласно механическим и газодинамическим моделям взрыва, разработанным советскими исследователями еще в 70-80 г.г. прошлого века применительно к Тунгусскому метеориту [3-6]. Гиперударник астероидных размеров вошел в верхние слои МПА, где взорвался, вернее, подвергся взрывоподобному разрушению над современным месторасположением северного полюса, что явилось причиной появления в атмосфере сложной системы баллистических и сферических сильных ударных волн. Достигнув поверхности каменного тела планеты, они, подобно гигантским каткам, пройдя от полярных до экваториальных широт, практически полностью разрушили постаккреционный рельеф северного полушария и вызвали понижение его уровня рельефа в среднем на ~2 км. Вполне обоснованно можно пролагать, что до катастрофы рельеф северного полушария мало чем отличался от южного.

  Первой твердой поверхности планеты (в районе северного полюса) достигла сферическая взрывная ударная волна. Угол падения фронта ударной волны по мере ее распространения к югу вдоль меридианов, постепенно возрастал. Когда его величина достигла >45⁰,   падающий ударный фронт слился с отраженным ударным фронтом [7] и сформировалась головная ударная волна, которая характеризуется более высокими давлениями. Есть основание предположить, что головная ударная волна стала формироваться на широте ~70⁰ с.ш., где еще проступают следы древнего рельефа. Если это предположение соответствует действительности, то высота взрыва легко определяется – она будет равна ~2500 км. Распространяясь далее фронт головной ударной волны, оказывал значительно более сильные воздействия на грунт по сравнению с падающей ударной волной, судя по наиболее пониженному участку депрессии, расположенного между 70⁰ - 50⁰ с.ш.

Рис. 1. План марсианской депрессии

1 – возвышенность Элисиум; 2 – возвышенность Фарсида;  3- равнина Хриса; 4 – равнина Ацедалия; 5 – равнина Большого Сирта; 6 – равнина Исиды.

  На Рис. 1 представлен план депрессии, выполненный в полярных координатах. За границу депрессии принята так называемая «береговая» линия, где начинает появляться древний рельеф. Через возвышенность Фарсида граница проведена условно, так как развившаяся на ней вулканическая деятельность наложила свой отпечаток на местность.  Несмотря на то, что план депрессии мало чем напоминает план «бабочки» тунгусского лесоповала (Рис. 2а), природа этих образований едина. Однако, в марсианском варианте, отношение энергии взрыва к энергии торможения ударника в атмосфере, по–видимому, было значительно выше, чем на Тунгуске, что повлекло за собой существенное увеличение головы «бабочки». Здесь следует отметить, что энергия торможения есть функция миделя тела и зависит от квадрата его диаметра, а энергия взрыва является функция массы тела и зависит от диаметра тела в третьей степени. Кроме того, свою лепту в увеличение головы «бабочки» могло внести сложное взаимодействие ударных волн с возвышенностями Элисиум и Фарсида.

Рис. 2. Схема вывала леса при Тунгусском падении.

  Происхождение крыльев «бабочки», и в том и в другом случае, объясняется усилением давления на грунт по линиям пересечения фронтов взрывной и баллистической ударных волн. На Марсе левое крыло «бабочки» представлено равнинами Ацедалия и  Хриса, правое – равнинами Исиды и Большого Сирта. Если крылья тунгуской «бабочки» расположены симметрично, то у марсианской - они развернуты по часовой стрелке. Если бы МПА вместе с каменным ядром планеты имели твердотельной вращение, то план депрессии был симметричен. Разворот крыльев «бабочки» в сторону противоположную вращению планеты однозначно указывает, что МПА имела дифференциальное вращение: верхние ее слои вращались быстрее глубинных.

  На Рис. 2б показана расчетная схема плана тунгусского лесоповала, выполненная группой В.П. Коробейникова [6], для угла наклона траектории метеорита 30⁰, на котором наиболее отчетливо проявилась выемка между крыльями. По-видимому, в первом приближении и для марсианского гиперударника следует принять такой же угол наклона траектории. Так же, в первом приближении, исходя из разумных допущений, можно оценить размер гиперударника в первые сотни километров, при ?=2г/см³ и соударении на встречных курсах.

Рис. 3. Рассчитанная картина вывала леса для угла наклона траектории 30⁰ и высоте взрыва над поверхностью 5 км.

  Происхождение плоских ударных кратеров южного полушария можно объяснить падением планетозималей после их торможения и парашютирования в мощной первичной атмосфере на заключительном этапе аккреции Марса.

Весь материал на сайте:

Литература:

1. . Frey H., Schultz R.A. Large impact basins and the megaimpact origin for the crustal dichotomy on Mars // “Geophys. Re. Lett”. 1988, 15, № , 229-232.

2. Маракушев А.А. Происхождение и эволюция Земли и планет Солнечной системы. М. Наука, 1992. – 207с.

3. Покровский Г.И. - О возможном варианте взрыва метеоров // Метеоритика. 1964. Вып. 24. С. 108-110.

4. Григорян С.С. - К вопросу о природе Тунгусского метеорита // Докл. СССР. 1976. Том. 231. № 1. С. 57-60.

5. Зоткин И.Т., Цикулин М.А. Геометрия ударной волны Тунгусского метеорита // Метеоритика, вып. 28, 1968, с. 114.

6. Коробейников В.П., Чушкин П.И., Шуршалов Л.В. О гидродинамических эффектах и взрыве в атмосфере Земли крупных метеоритных тел // Метеоритика, 1973, вып. 32, с. 73-89.

7. Действие ядерного взрыва. Изд-во «Мир». Москва. 1971.

        8. Фаст В.Г. Вывал леса, произведенный Тунгусским метеоритом. – В сб.: Современное состояние проблемы Тунгусского метеорита. Новосибирск. Изд-во Томского ун-та, 1971