На основе анализа макрорельефа Марса сделан вывод о том, что 4±0,2 млрд. лет тому назад, грандиозная космическая катастрофа полностью изменила облик северного полушария планеты. При этом оказалось, что планета имела мощную первичную атмосферу, в верхних слоях которой произошел взрыв мегаударника.

Dmitriev E.V. Moscow. Conclusion is made On base of the analysis macrorelief Mars about that that 4± 0,2 mlrd. years agoes, grandiose cosmic catastrophe has completely changed the look of the north hemisphere of the planet. Herewith turned out to be that planet had powerful primary atmosphere, in upper layer which has occurred the blast megaimpactor.

С большим нетерпением ждало человечество сообщений с борта первых космических аппаратов, посланных к Красной планете. Оно хотело увидеть на поверхности Марса нечто необычное - растительность и даже следы деятельности разумной цивилизации. Но, увы, этим надеждам не удалось сбыться. Марс предстал довольно заурядной планетой. На его поверхности были обнаружены хорошо известные образования: кратеры, возвышенности, вулканы, депрессии, полярные шапки, высохшие русла водных потоков, каньоны и унылый пейзаж безжизненной каменистой пустыни.

Однако по мере поступления новой информации о планете научный интерес к ней неукротимо возрастал. Схожие с Землей динамические характеристики планеты, вяло текущие эволюционные процессы, мало изменившие ее древний лик, привлекают внимание исследователей. Они мечтают найти на Марсе ответы на многочисленные загадки раннего периода Земли, стертые ее бурной историей.

Наиболее сильное впечатление Марс производит своей дихотомией. Если дихотомию Земли можно объяснить тектонической активностью, то на Марсе плутонические 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 [Frey, 1988]. Однако какого-либо приемлемого механизма такой катастрофы, объясняющего всю совокупность особенностей макрорельефа северного полушария планеты, пока не предложено и поэтому происхождение дихотомии Марса остается одной и самых интригующих загадок в Солнечной системе.

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

В конце прошлого века неоднократно выдвигалась идея о временном захвате планетами земной группы в процессе своего образования мощных водородно-гелиевых атмосфер, например [Маракушев, 1992]. Кроме того, в том же веке произошли две космические катастрофы, результаты исследований которых могут пролить свет на происхождение дихотомии Марса. Это падения Тунгусского метеорита на Землю и кометы Шумейкер-Леви-9 на Юпитер. Оказалось, что высокоскоростные удары космических тел в атмосферу планет подобны ударам тел в преграду и приводят к полному их разрушению и возникновению в атмосфере сильных ударных волн. Опираясь на эти данные, предпримем попытку объяснить происхождение дихотомии Марса также катастрофическим событием, произошедшим еще до полной потери планетой своей мощной первичной атмосферы (МПА).

Представим себе, что в период гигантской метеоритной бомбардировки Марс был все еще окутан 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 [Григорян, 1976; Зоткин и др., 1968; Коробейников В.П. и др., 1973; Покровский, 1964]. 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.

Твердой поверхности планеты (в районе северного полюса) первой достигла сферическая взрывная ударная волна. По мере распространения ударной волны вдоль меридианов, угол падения ее фронта постепенно возрастал. Когда его величина стала >45⁰ падающий ударный фронт слился с отраженным ударным фронтом [Действие…, 1971], 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 и 50⁰ с.ш.

На основе топографической карты Марса (M25M 3 RMC, 1976, США) представляется план депрессии, выполненный в полярных координатах (Рис. 1).

Рис. 1. План марсианской депрессии
1 - возвышенность Элизиум; 2 - возвышенность Фарсида; 3- равнина Хриса;
4 - равнина Ацелаида; 5 - равнина Большого Сирта; 6 - равнина Исиды.

За границу депрессии принята так называемая “береговая” линия, где начинает проявляться 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 [Фаст, 1971] (Рис. 2), природа этих образований едина.

Рис.2 . Схема вывала леса при Тунгусском падении

Однако в марсианском варианте отношение энергии взрыва к энергии торможения ударника 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 функцией массы тела и зависит от диаметра тела в третьей степени.

На Рис. 3 показана расчетная схема плана тунгусского лесоповала, выполненная группой В.П. Коробейникова [1973], для угла наклона траектории метеорита 30⁰, на котором наиболее отчетливо проявилась выемка между крыльями.

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

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 принять размер гиперударника в первые сотни километров, при ρ=2г/см³ и при соударении на встречных курсах.

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 Ацидалиа и Хриса, правое – равнинами Исиды и Большого Сирта. Если крылья тунгусской “бабочки” расположены симметрично, то у марсианской - они развернуты по часовой стрелке. Если МПА имела твердотельное вращение, то план депрессии был бы симметричен. Разворот крыльев

“бабочки” в сторону противоположную вращению планеты однозначно указывает, что МПА имела дифференциальное вращение: верхние ее слои вращались быстрее глубинных. Этот результат, полученный при анализе плана планетарной депрессии, может иметь большое значение для решения ряда ключевых проблем планетологии и космогонии.

Также обращает на себя внимание, что крылья “бабочки” расположены относительно эпицентра взрыва несколько не симметрично. Наиболее вероятным представляется, что мегаимпакт, внеся сильные возмущения в циркуляцию атмосферы, в конечном итоге мог изменить угол наклона оси вращения планеты, после чего северный полюс переместился в эпицентр катастрофы.

Оценка давления во фронте ударной волны носит сугубо косвенный характер. Исследования песков Марса с помощью космических аппаратов показали, что там преобладает очень редкая в земных породах красная магнитная окись железа - маггемит. Известно, что маггемит образуется при нагревании гидроксида железа свыше 1100 ⁰К. Такая магнитная окись железа стабильна и не теряет своих свойств при повторном прокаливании. Для объяснения широкого распространения маггемита на Марсе А.М. Портновым была выдвинута гипотеза о глобальном космическом ожоге поверхности планеты, произошедшим вследствие встречи Марса с крупным небесным телом [Портнов, 1998 ]. Если его гипотеза верна, то для нагрева пород до 1100⁰К требуется давление во фронте ударной волны порядка 400 кбар [Импактиты, 1991]. Это очень высокое давление.

Далее необходимо понять, достаточно ли оно, чтобы вызвать понижение уровня рельефа огромной территории на несколько километров. Ответа на этот вопрос пока нет и, скорее всего, не будет до получения прямых данных о составе пород, слагающих наиболее пониженные области депрессии. Пока можно лишь высказать некоторые соображения, по которым, не выходя за рамки известных законов физики, можно было бы дать некоторое представление о процессах происходящих в момент накатывания на грунт фронта ударной волны. Теоретически возможно одновременное развитие трех процессов: механическое сдавливание пород, образование высокобарных модификаций минералов с более плотной кристаллической упаковкой и продавливание сжатого материала в глубь подстилающих слоев. Действие первых двух процессов должны привести к увеличению плотности пород. Кроме того возможен выброс части грунта в атмосферу.

Постаккреционные детали рельефа и их происхождение

Итак, с происхождением одной части дихотомии картина, пожалуй, стала проясняться. Однако по второй ее части ясности пока нет. Основная задача, которую здесь следует решить связана с образованием плоских кратеров южного полушария. Если мегаимпакт произошел 4±0,2 млрд. лет тому назад, то кратеры однозначно имеют более древний возраст. Основной вопрос состоит в том, как могли появиться плоские кратеры явно ударного происхождения на поверхности каменного тела планеты, если оно было окутано МПА.

Наиболее вероятным представляется, что кратеры произошли на заключительном этапе формирования Марса от падения планетозималей после их парашютирования в МПА. Попутные планетозимали притягивались к Марсу и с относительно небольшими скоростями (до 10 км/с) входили в верхние слои атмосферы. При небольших углах входа планетозимали могли не разрушиться и после мягкого торможения в атмосфере и последующего парашютирования в ней выпадали на еще не окрепший грунт. Оценки показывают, что их скорости в этот момент могли достигать нескольких сот м/с для тел размерами в первые километры, для более крупных – первые км/с. По-видимому, специфика такого падения и привела к образованию плоских кратеров.

Используя эту идею можно попытаться представить себе процесс присоединения к Марсу планетозимали размерами в первые сотни километров. Наиболее вероятно, что такая планетозималь в процессе торможения в МПА подвергнется фрагментированию. Образовавшийся рой обломков начнет тонуть в атмосфере и высыпаться компактно на поверхность каменного тела планеты, образовав некоторую возвышенность. Первыми достигнут поверхности наиболее крупные фрагменты, затем последовательно будут выпадать все уменьшающиеся в размерах обломки. Таким образом, наиболее прогретой окажется подошва возвышенности, так как чем крупнее фрагменты, тем большими скоростями падения они обладали и, тем больше тепловой энергии при этом выделялось.

Теперь можно высказать осторожное предположение, что возвышенности Фарсида и Элизиум образовались подобным образом. Признаки выпавшего и растекшегося материала заметны на возвышенности Фарсида в виде трех языков, вдающихся в северную равнину. По-видимому, и вулканизм на возвышенностях развился не случайно. Сильно нагретая подошва, засыпанная сверху километровыми слоями материала планетозимали, превратилась в локальный магматический очаг.

По ряду признаков бассейны Эллада и Аргир имеют туже природу, что и планетарная депрессия, но образовались они позже. Марс все еще удерживал остатки МПА. Грубые оценки: высоты атмосферных взрывов крупных ударников ~800 км и 500 км соответственно; углы наклона траекторий >40⁰; направление полета - с востока на запад.

Литература

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

Действие ядерного взрыва. Изд-во “Мир”. Москва. 1971.

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

Импактиты. Под ред. А.А. Маракушева. – М.: Изд-во МГУ, 1981 г. – 240 с.

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

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

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

Портнов А.М. Магнитная пыль космических катастроф // Земля и Вселенная. № 5. 1998 г. с. 75-81.

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

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.

Е.В. Дмитриев   статьи Е.В. Дмитриева   Мир комет   дискуссии на форуме   к библиотеке