Изучение эволюции поверхности Марса по данным статистического анализа кратерной популяции тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ

1 УДАРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

1.1 Краткая история исследования ударных форм

1.2 Морфология

1.3 Образование кратерных форм

1.4 Кратерные популяции

2 КАТАЛОГИ КРАТЕРОВ МАРСА

2.1 Каталог ГАИШ

2.2 КаталогБарло

2.3 Глобальные распределения кратеров

2.4 Каталог района Ньютона

2.5 Распределение кратеров района Ньютона

2.6 Направления дальнейшей работы

3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭВОЛЮЦИИ КРАТЕРНОЙ ПОПУЛЯЦИИ

3.1 Двухмерная модель

3.2 Трехмерная модель

3.3 Изучение района Ньютона

3.4 Направления дальнейшей работы

4 ПАЛЕООЗЕРА И УДАРЫ В ВОДУ

4.1 Места расположения палеоозер

4.2 Обсуждение

4.3 Направления дальнейшей работы

5 УДАРЫ В РАЙОНЕ ОСТАТОЧНОЙ НАМАГНИЧЕННОСТИ КОРЫ

5.1 Проникновение через кору крупными ударами

Рис. 1. Нарисованная карта сделана по телескопическим наблюдениям Чарлсом Капеном в 1967г. Равнины Эллада, Ацидалииская Равнина, Плато Большой Сирт, Долины Маринера, Жемчужная Земля и Земля Меридиана все четко изображены.

Актуальность темы

Кратерные популяции на поверхностях твердых тел Солнечной системы являются одним из самых видных их естественных характеристик. Они являются свидетельством периода окончания формирования планет и говорят нам о свойствах популяции ударников и в прошлом и в настоящем. Кратеры могут служить не только инструментом исследования ударников, а и самих планет. Исследуя реакцию поверхности на удар высокоскоростного метеороида, можно понять физические свойства поверхности. У марсианских кратеров имеется несколько особенностей, которые указывают на уникальность красной планеты.

Распределение кратеров по плотности позволяет оценить относительный возраст района поверхности и построить стратиграфическую шкалу для исследуемых поверхностных элементов. Имея другие данные, такие как независимо измеренные радиогенические возрасты пород, можно сделать калибровку стратиграфической шкалы, и таким образом получить абсолютную шкалу по времени эволюции тела.

С другой точки зрения, при определенных предположениях тщательный анализ популяции кратеров на поверхности планеты позволяет оценить интенсивность потока возможных ударников с самого времени образования планет. Следовательно, популяции кратеров любого планетарного тела - бесценная историческая летопись всей совокупности ударных процессов, происшедших в течении эволюции Солнечной системы. Задача состоит лишь в том, как правильно читать эту летопись.

Каталоги кратеров обеспечивают гибкий источник данных, который можно применять в решении ряда различных задач: при анализе возраста поверхностей по отношению размера кратеров к их частоте; при исследовании структуры флюидизированных выбросов, определяющих уровни залегания льда и т.д.

В контексте открытия остаточного магнетизма в южном полушарии Марса в 1999г, естественно исследовать, как он связан с ударными кратерами. Поскольку магнетизм возник при формировании коры, кратеры, которые мы видим сегодня, наверняка образовались позже, и крупнейшие из них должны были влиять на его структуру.

Наличие данных с высоким разрешением по измерениям высот на Марсе подтвердило идею о существовании древнего океана на северных равнинах. Если климатические условия были благоприятны для существования воды в течении длительного геологического времени, то можно ожидать обнаружения доказательств наличия резервуаров поверхностной воды и в других местностях. Очень низкая плотность кратеров в районах былого присутствия воды оказывается одним из таких доказательств.

Цель исследования

В работе были поставлены следующие цели:

1. общий статистический анализ кратерной популяции Марса на основе Морфологического каталога кратеров Марса, составленного в ГАИШ МГУ;

2. сравнение Морфологического каталога кратеров Марса ГАИШ и Каталога кратеров Марса, составленного Н.Барло (США);

3. составление регионального каталога всех разрешаемых кратеров по данным съемок области кратера Ньютон и его статистический анализ;

4. построение компьютерных моделей эволюции кратерных популяций на Марсе;

5. выявление особенностей кратерных популяций, связанных с наличием в прошлом открытых водоемов на поверхности Марса;

6. исследование взаимосвязи кратерных популяций с наличием областей остаточного магнетизма на Марсе.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литература и приложения. Во введении дается краткое описание проблем, затронутых в диссертации, ставятся цели и обосновывается актуальность данной работы.

Заключение

В результате выполнения настоящей работы поставлены и решены следующие основные задачи:

1. По данным каталога кратеров Марса ГАИШ составлены глобальные карты распределения кратеров по разным морфологическим признакам и параметрам.

2. Применяя специально разработанную методику, составлен каталог 7480 кратеров района Ньютона (150-210° з.д. 30-60° ю.ш.), включая все распознаваемые кратеры при разрешении 270 м/пиксел.

3. С помощью компьютерных моделей эволюции поверхности при ударном потоке, выявлено поведение эволюции при ударном потоке, где малые кратеры преобладают. В отличие от принятой концепции найдено, что кривая насыщенности зависит от «производительной функции».

4. Совмещением фотографических изображений с высотными данными удалось отождествить четыре возможных древних озера на Земле Сирен. Глубина озера Хеггинс оценивается в 325 м.

5. Рассмотрены морфологические структуры в пределах одного возможного древнего озера, которые интерпретируются как следы метеороидных ударов в неглубокую воду.

6. Исследовано соотношения крупных кратеров и остаточного магнетизма коры. Верхний предел толщины коры в районе сильных магнитных источников оценивается в 70 км.

1. Иванов Б. А. (1979) Некоторые вопросы механики образования ударных и взрывных кратеров. В кн. Метеоритные структуры на поверхности планет. Москва «Наука» с. 31-45

2. Казимиров ДА., Родионова Ж.Ф., Ситников Б.Д. и др. (1980) Плотность распределения кратеров на Луне, Меркурии и Марсе, Москва, 58 с.

3. Казимиров Д.А., Родионова Ж.Ф., Ситников Б.Д. и др. (1981) Планетарные закономерности распределения кратеров на Марсе, Луне и Меркурии, Москва, 67 с.

4. Ксанфомалити Л. В. (1997) Парад планет. Москва «Наука Физматлит», 256+48с.

5. Кузмин Р. О. (1983) Криолитосфера Марса. Изд. 2-ое. Москва «Наука» 144с.

6. Липский Ю.Н., Родионова Ж.Ф., Скобелева Т.П. и др. (1977) Каталог кратеров Марса и статистика кратеров Марса, Меркурия и Луны, Москва, 69 с.

7. Липский Ю.Н., Родионова Ж.Ф., Скобелева Т.П и др. (1977) Каталоги кратеров Меркурия и Луны, Москва, 55 с.

8. Маров М. Я. (1986) Планеты Солнечной системы. Москва «Наука -Физмаглит», 318с

9. Никишин А. М. (1987) Геологическое строение и эволюция Марса Москва, МГУ 158 с.

10. Родионова Ж. Ф., Карлов А. А., Скобелева Т. П., Конотопская Ф. Б., Шевченко В. В., Козубский К. Э., Дехтярева К. И., Столякова Т. Ф., Тишик Л. И., Федорова Е. А. (1987) Морфологический каталог лунных кратеров. Москва, МГУ

11. Arthur D. W. G. et al (1963) The system of lunar craters. Communications of the Lunar and Planetary Laboratory. University of Arizona, pi 72.

12. Barlow N. G. (2000a) Catalog of large martian impact craters Personal communication.

13. Barlow N. G. (2000b) Updates to the "Catalog of large martian impact craters " LPS XXXI #1475

14. Breuer D., Spohn T. and Wullner U. (1993) Planet. Space Sci. 41 269

15. Cabrol N A, Grin E. A. (1999) Distribution, Classification, and Ages of Martian Impact Crater Lakes Icarus 142 160-172

16. Cabrol N. A., Grin E. A., and Pollard W. H. (2000) Possible frost mounds in an ancient Martian lake bed Icarus 145 91-107

17. Carr, M H. and Schaber, G. G. (1977) Martian permafrost features. J. Geophys. Res. 82 4039-4054.

18. Chapman C. R. and McKinnon W. B. (1986) Cratering of planetary satellites in Satellites (Eds. J. A. Burns and M. S. Matthews) 492-580, Tucson

19. Connerney J. E. P., Acuna M. H., Wasilewski P. J., Ness N. F., Reme H., Mazelle C., Vignes D., Lin R. P., Mitchell D. L., CloutierP. A. (1999) Magnetic Lineations in the Ancient Crust of Mars Science 284,794

20. De Hon, R. A. (1998) Martian highland lakes. Lunar and Planetary Science XXIX

21. Esposito P. B., Banerdt W. B., Lindal G. F., Sjogren W. L., Slade M. A., Bills B. G., Smith D. E., BaImino G. (1992) Gravity and Topography in Mars, (Eds. Kieffer H. H. et al.) Tucson 209-248

22. Florensky K. P. et al. (1980) The surface of Mars. Moscow, Nauka, ppl07-149.

23. Gault D E (1970) Saturation and equilibrium conditions for impact cratering on the lunar surface: criteria and implications Radio Science 5 273

24. Gault D E, Wedekind J A (1978) Proc. Lunar and Planetary Sci. Conf. 9. 3843

25. Hartmann W. K. (2000) Introduction to Cratering Studies PSIMGS web site

26. Hartmann W. K., Malin M., McEwan A., Carr M., Soderblom L., Thomas P., Danielson E., James P., Veverka J. (1999) Evidence for recent volcanism on Mars from crater counts Nature 397 586

27. Head J. W., Ivanov M., Hiesinger H., Kreslavsky M., Thomson B., and Pratt S.2000) Oceans in the past history of Mars? Evidence for recession and timing from MOLA data. Lunar and Planetary Science XXXI

28. U nomenclature catalogue. (1998)http://wwwflag.wr.usgs.gov/USGSFlag/Space/nomen/nomen.html

29. Jakupova A. E., Michael G. G., Rodionova J. F., Serapinas B.B., Suetova I.A., Kosikov A.G. (2000) Preparation of an atlas of the cratering of Mars Abstracts of the 32nd Vernadsky-Brown Microsymposium p72-73

30. Komatsu G., Kargel J.S., Baker V.R., Strom R.G., Ori G.G., C. Mosangini and K.L. Tanaka. (2000) A chaotic terrain formation hypothesis: explosive outgas and outflow by dissociation of clathrate on Mars. LPS XXXI Abs. #1434

31. Kozlova E. A., Michael G. G., Rodionova J. F. (2000) Preparation of Morphological catalogue of craters of Mercury Abstracts of the 32nd Vemadsky-Brown Microsymposium p96-97

32. Khramchikhin A. A., Michael G. G., Rodionova J. F. (1997) A comparison of lunar and Martian cratering, Vernadsky-Brown Microsymposium p52-53

33. Malin M. C. and Edgett K. S. (2000) Evidence for Recent Groundwater Seepage and Surface Runoff'on Mars Science 288 2330-2335

34. Malin M. C., Edgett K. S., Davis S. D., Caplinger M. A., Jensen E., Supulver K. D., and Sandoval J., (1999) Malin Space Science Systems Mars Orbiter Camera Image Gallery (http://www.msss.com/mocgallery/)

35. McGill G. E. and Dimitriou A. M. (1990) Origin of the martian global dichotomy by crustal thinning in the late Noachian or early Hesperian J. Geophys. Res. 95 1259512605

36. Melosh H J (1989) Impact cratering: a geologic process Oxford (OUP) 245pp

37. Michael G. G. (1997) Crater degradation on the Martian plains Abstracts of the 26th Vernadsky Brown p86-87

38. Michael G. G. (1998a) Steady state crater degradation on the highlands of Mars and the Moon. Abstracts of Geochemical evolution of the solar system, Pescaro, p216

39. Michael G. G. (1998b) Steady state crater degradation on the highlands of Mars and the. Moon LPS XXIX Abs. # 1407

40. Michael G. G. (1998c) Crater degradation on the lunar maria, Annales Geophysicae 16 III, pi 031

41. Michael G. G. (1999a) Crater populations of the magnetic lineations of Mars Abstracts of the 30th Vernadsky-Brown Microsymposium p75-76

42. Michael G. G. (1999b) Impact traces in the surface magnetism of Mars Abstracts of the 30th Vernadsky-Brown Microsymposium p77-78

43. Michael G. G. (2000) Impacts into shallow water in Terra Sirenum, Mars Abstracts of the 32nd Vernadsky-Brown Microsymposium p 112-113

44. Michael G. G., Rodionova J. F. (1999) The difference between the crater distribution on the highland and plains ofmars in terms ofrim degradation LPS XXEX Abs. #1361

45. Michael G. G., Rodionova J. F., Shevchenko V. V. (1998) Morphological catalogue of Martian craters: an overview Proceedings of impacts and the Early Earth Workshop, Cambridge (CUP) p78-87

46. NASA Technical Memorandum 79730 (1978) Standard techniques for presentation and analysis of crater size-frequency data

47. Nimmo F., Stevenson D. J. (2000) Influence of early plate tectonics on the thermal evolution and magnetic field of Mars J. Geophys. Res. 105/E5 11969

48. Ori G. G. and Baliva A. (1998) Lacustrine andfluvial sedimentary environments in Ismenius Lacus and Memnonia, Mars. Lunar and Planetary Science XXIX Abs. #1601

49. Ormo J. (1998) Impact cratering at sea PhD Thesis, Stockholm Opik E. J. (1966) The Martian surface Science 153 255-265 PDS internet, http://www-pdsimage.jpl.nasa.gov/PDS/

50. Pike R J (1988) Geomorphology of impact craters on Mercury in Mercury Tucson, University of Arizona Press

51. Pike R. J. (1974) Depth/diameter relations of fresh lunar craters: revision from spacecraft data Geophys. Res. Lett. 1 291-294

52. Pilkington M. and R. A. F. Grieve (1992) The Geophysical Signature of Terrestrial Impact Craters. Reviews of Geophysics 30 161-181.

53. Rodionova Zh. F. et al. (1995) The results of a preliminary analysis of the data bank of Martian craters. Abstracts of 22nd Russian-American Microsymposium on Planetology. Moscow p86-87.

54. Rodionova J. F., Dekhtyareva К. I., Khramchikhin A. A., Michael G. G., Ajukov S. V., Pugacheva S. G., Shevchenko V. V. (2000) Morphological Catalogue of the Craters of Mars, Noordwijk (ESA) 158p.

55. Rodionova J. F., Michael G. G. (2000) Distribution of pit craters on Mars Abstracts of the 32nd Vemadsky-Brown Microsymposium pi 26-127

56. Shevchenko V. V. (1996) Swirl patterns on the Moon as traces of a cometary shower Solar System Research (tr. from Астрономически Вестник) 30/1 p59-73

57. Shoemaker, E. M. (1960) Penetration mechanics of high velocity meteorites, illustrated by Meteor Crater, Arizona Rept. Intl. Geol. Cong. XXI/18 283-359

58. Sleep N. H (1994) J. Geophys. Res. 99, 5639

59. Soderblom L. A. (1970) A model for small-impact erosion applied to the lunar surface J. Geophys. Res. 75 p2655-2661

60. Strom R. O., Croft S. K, Barlow N. G. (1992) The Martian impact cratering record. In Mars, eds. Kiefer et al., p383-423.

61. Tanaka K. L., Scott D. H., Greeley R. (1992) Global stratigraphy in Mars (Eds. Kiefer et al.) p345-382

62. USGS (1978-85) Atlas of Mars 1:2,000,000 Topographic series on 140 sheets.

63. USGS (1991) Topographic maps of the polar, western and eastern regions of Mars 1.15,000,000 on 3 sheets.

64. Wilhelms D. E. and Squyres S. W. (1984) The martian hemispheric dichotomy may be due to a giant impact Nature 309 pi38-140.

65. Woronow A. (1977) Crater saturation and equilibrium: a Monte Carlo simulation J. Geophys. Res. 82 p2447-2456

66. Zimbelman J. R. (1998) Lacustrine deposits on crater floors as possible targets for Mars surveyor sample return missions Lunar and Planetary Science XXIX Abs. #1084