Изучение эволюции поверхности Марса по данным статистического анализа кратерной популяции Майкл, Грегори Гордон

Введение к работе

Актуальность темы

Кратерные популяции на поверхностях твердых тел Солнечной системы являются одной из самых существенных характеристик рельефа. Они представляют собой свидетельство периода окончания формирования, внешних оболочек планет и одновременно говорят о свойствах популяции ударников в прошлом и настоящем. Кратеры могут служить не только инструментом исследования ударников, но и самих планет. Исследуя реакцию поверхностных слоев на удар высокоскоростного метеороида, можно понять физические свойства материала поверхности.

У кратеров на поверхности Марса имеется несколько особенностей, которые указывают на уникальность этой планеты.

Распределение кратеров по плотности позволяет оценить относительный возраст избранных районов поверхности и построить стратиграфическую шкалу для исследуемых элементов рельефа. Вместе с другими данными, такими как независимо измеренные радиоизотопные возрасты пород, можно осуществить калибровку стратиграфической шкалы, и таким образом получить абсолютную временную шкалу эволюции тела.

С другой стороны, тщательный анализ популяции кратеров на поверхности планеты при определенных предположениях позволяет оценить общую интенсивность потока возможных ударников и ее вариации в течение времени существования планетной системы. Следовательно, популяции кратеров любого планетного тела -

бесценная историческая летопись всей совокупности ударных процессов, происшедших в течение эволюции Солнечной системы. Задача состоит 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, определяемому по отношению размера кратеров к их частоте; при исследовании структуры флюидизированных выбросов, определяющих уровни залегания льда и т.д.

В связи с открытием 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 структуру остаточных магнитных полей.

Данные по измерениям высот на Марсе, полученные с высоким разрешением, свидетельствуют в пользу идеи о существовании древнего океана в области северных равнин. Если климатические условия были благоприятны для существования воды в течение длительного геологического времени, то можно предположить существование резервуаров поверхностной воды и в других местностях и попытаться найти соответствующие доказательства. 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.

Научная новизна

7. Впервые были составлены глобальные карты плотности распределения кратеров с различными морфологическими признаками и параметрами.

8. Создан новый региональный каталог 7480 кратеров, разрешаемых в области кратера Ньютон (150-210 з.д., 30-60 ю.ш.), по изображениям, полученным космическими аппаратами «Викинге с разрешением 270 м/пиксел.

9. Разработаны компьютерные модели эволюции поверхности под воздействием потока тел-ударников.

10. Выполнено оригинальное совмещение изображений рельефа поверхности с высотными данными для изучения областей предполагаемых древних озер на марсианских материках.

5. Впервые выполнено отождествление морфологической структуры областей предполагаемых ударов в неглубокую воду.

6. Впервые исследовано соотношение крупных кратеров и остаточного магнетизма коры и общих закономерностей распределения кратеров в районе сильных магнитных полей.

Практическая значимость работы

Следующие разработки, созданные при вьшолнении диссертации, могут быть использованы для методического обеспечения аналогичных исследований:

1. Полуавтоматическая методика для измерения координат и диаметров по электронным изображениям.

2. Программа для построения перекрестных ссылок между двумя каталогами, позволяющая выполнять детальное сравнение независимо полученных данных.

3. Методика совмещения фотографических и высотных данных для исследования структуры планетной поверхности.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Общий объем рукописи 150 страниц, в списке литературы приведено 73 ссылок. Диссертация содержит 69 рисунков и 8 таблиц. В приложении приведены компьютерные программы, разработанные в процессе проведенного исследования, и составленные автором каталоги кратеров Марса.

Личный вклад автора

4. Автор участвовал в обработке данных Морфологического каталога кратеров Марса ГАИШ и самостоятельно подготовил файлы для его издания.

5. Разработал методику сравнительного анализа каталогов.

6. Разработал программы математического моделирования кратерных популяций.

7. Разработал и применил методику совмещения альтиметрических данных Марс Глобал Сервейера с фотографическими изображениями поверхности.

8. Выявил наличие возможных палеоозер и отождествил морфологические характеристики образований, связанных с ударными процессами.

9. Оценил толщину коры в районе остаточного магнетизма по влиянию крупных ударов.

Апробация

Основные результаты, полученные в процессе выполнения диссертации, докладывались автором и обсуждались на следующих конференциях:

10. 32^nd Vernadsky-Brown Microsymposium, Moscow, Russia 2000

11. 30^th Vernadsky-Brown Microsymposium, Moscow, Russia 1999.

За доклад на этой конференции автор получил специальную награду "Outstanding Student Award" Университета им.' Броуна, США.

3. САММАС 99 International conference, Virmytsia, Ukraine 1999

Посетил астроблему Иллинцы, возраст которой 400 млн. лет, диаметром 6 км.

4. ESF Impacts and the Early Earth Workshop, Cambridge, UK 1998

5. 28^th Vernadsky-Brown Microsymposium, Moscow, Russia 1998

6. 3^rd International Conference on the Exploration and Utilization of the Moon, Moscow, Russia 1998

7. Short course on the Geochemical evolution of the Solar System, Pescaro, Italy 1998

8. 26^th Vernadsky-Brown Microsymposium, Moscow, Russia 1997