Анализ свежеобразованных кратеров на Марсе

Анализ свежеобразованных кратеров на Марсе

Конкурс РНФ 2022 года:

«Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Проект № 23-27-00432

«Анализ свежеобразованных кратеров на Марсе»

Сроки выполнения проекта

2023-2024

Отрасль знаний

Науки о Земле

Руководитель проекта

н.c. Глазачев Дмитрий Олегович

Название организации

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского Российской академии наук

Объем финансирования

3 млн. рублей

Аннотация

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы, связанной с изучением физических свойств малых тел Солнечной системы, их взаимодействия с атмосферами планет и вопросами астероидно-кометной опасности. Исследование малых тел Солнечной системы является в настоящее время бурно развивающейся областью, что подтверждается проведением и планированием разнообразных космических миссий к малым телам (например, недавние миссии Науаbusa, Rosetta, и др.). В результате этих миссий, возросшей эффективности телескопов и мощности вычислительных средств получены новые знания о физических свойствах и статистических распределениях малых тел, приведшие к существенным изменениям в понимании происхождения и эволюции Солнечной системы в целом. Изучение взаимодействия космических объектов с атмосферой позволяет получить информацию о физических свойствах малых тел без проведения дорогостоящих космических миссий. Интерпретация падений космических объектов дает возможность получить информацию о физических свойствах и происхождении падающих тел, что важно для понимания происхождения, строения и эволюции Солнечной системы.

Изображения Марса, полученные камерой HIRISE, дают возможность находить свежеобразованные кратеры и кластеры кратеров с оценкой момента их образования. На данный момент известно о существовании более 1200 недавно образованных мест падения метеороидов, изображения которых находятся в открытом доступе. Эти данные скрывают ценнейшую и уникальную информацию о свойствах популяции ударников и процессе их разрушения. Проект направлен на извлечение этой информации, создание каталога содержащего полную информацию о местах кратерах и кратерных полях, оценку свойств популяции ударников и деталей процесса разрушения. Адаптация имеющихся разработок о взаимодействии метеороида с земной атмосферой для условий на Марсе и их применение к кратерным полям даст возможность оценить как параметры метеороидов так и особенности их фрагментации.

Как правило предполагается, что популяция импакторов на Марсе, как и на Земле, состоит из тел различного происхождения и с различными свойствами (происхождение, прочность, плотность), что должно приводить к формированию кратерных кластеров с заметно различающимся числом кратеров, с различными соотношениями между размерами образующихся при разрушении фрагментов, с разными размерами кратерных полей на различных высотах относительно среднего уровня поверхности Марса. В разреженной атмосфере Марса при более низкой скорости входа по сравнению с Землей разрушение протекает скорее всего в одну стадию в отличие от земных условий, тем не менее возникающее динамическое давление при входе в атмосферу достаточно для разрушения примерно половины падающих космических объектов. Оценка размеров всех ударников даст возможность оценить распределение метеороидов на Марсе по размерам в метровом диапазоне и сопоставить с земным распределением, проверить предположение, что тела, падающие на Марс и на Землю действительно представляют собой одну и ту же популяцию объектов.

при поддержке

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы, связанной с изучением физических свойств малых тел Солнечной системы, их взаимодействия с атмосферами планет и вопросами астероидно-кометной опасности. Исследование малых тел Солнечной системы является в настоящее время бурно развивающейся областью, что подтверждается проведением и планированием разнообразных космических миссий к малым телам (например, недавние миссии Науаbusa, Rosetta, и др.). В результате этих миссий, возросшей эффективности телескопов и мощности вычислительных средств получены новые знания о физических свойствах и распределении малых тел, приведшие к существенным изменениям в понимании происхождения и эволюции Солнечной системы в целом. Изучение взаимодействия космических объектов с атмосферой позволяет получить информацию о физических свойствах малых тел без проведения дорогостоящих космических миссий. Адекватная интерпретация падений космических объектов дает возможность получить информацию о физических свойствах и происхождении падающих тел, что важно для понимания происхождения, строения и эволюции Солнечной системы.

Изображения Марса, полученные камерой HIRISE, дают возможность находить свежеобразованные кратеры и кластеры кратеров с примерной оценкой момента их образования. На данный момент известно о существовании более 1200 недавно образованных мест падения метеороидов, изображения которых находятся в открытом доступе. Эти данные содержат ценнейшую и уникальную информацию о свойствах популяции ударников и процессе их разрушения. Проект направлен на извлечение этой информации, создание каталога содержащего полную информацию о местах кратерах и кратерных полях, оценку свойств популяции ударников и деталей процесса разрушения.

при поддержке

Основными методами при анализе кратеров и кластеров кратеров на Марсе будут обработка изображений с помощью свободно распространяемого матобеспечения (JMars), каталогизация данных о свежих кратерах на Марсе. Снимки, полученные в рамках проекта HIRISE выкладываются в открытый доступ, и в рамках нашего проекта предполагается создать базу данных кратеров и кластеров. Для поиска возможных зависимостей необходимо обработать изображения кратеров и кластеров кратеров, измерить их координаты и размеры. После составления каталога будет произведена оценка размеров фрагментов ударника и самого ударника с помощью известных соотношений подобия для размеров кратеров. Кроме того, будут оценены размеры кластеров. Следует подчеркнуть, что размеры кластера зависят от полноты нахождения всех его кратеров. Будут использованы статистический и корреляционный анализы, в распоряжении авторов проекта имеется разработанная ими программа, позволяющая выполнять статистический кластерный анализ в пакете Wolfram Matematica. Будут использованы методы математического моделирования и проведено сопоставление с существующими моделями взаимодействия метеороидов с атмосферой, в первую очередь с разрабатываемой в ИДГ РАН. Следует ожидать, что характеристики поля кратеров зависит от высоты разрушения метеороида, от его прочности и плотности, возможно состава, от реализуемого типа разрушения и других параметров. Наш проект направлен на поиск возможных зависимостей. Как уже упоминалось, кратерные поля используются для оценки траектории ударника, при этом в некоторых случаях есть возможность оценить направление полета по выбросам из кратеров. В случае косых ударов выбросы из образующегося кратера распределены ассиметрично и более выражены по направлению полета, поэтому при рассмотрении изображений будет оцениваться и распределение выбросов из кратеров. Кроме того, в некоторых случаях для определения азимута полета метеороида можно использовать пылевые следы на поверхности Марса - параболические элементы, которые рассматриваются как поверхностные записи взаимодействия атмосферных ударных волн.

при поддержке

2023 г.

Составлен расширенный каталог из 1438 недавних мест падения космических тел (КТ) на Марсе. Каталог включает обработанные нами снимки 245 новых мест падения, и каталог Daubar et al. (2022). 334 места падения, входящих в каталог Daubar et al. (2022), были нами измерены независимо. Для каждого места падения КТ фиксировались имя места падения (название снимка места падения, которое содержит данные об орбите, с которой он был сделан), координаты центра снимка, дата релиза снимка, его масштаб в см/пиксель, высота области расположения кластера над средней поверхностью Марса, список имен других снимков, на которых имеется данный кластер, а также размер и координаты кратеров в кластере. При измерении найденных мест падения мы использовали программу JMARS, которая позволяет спроецировать снимок орбитальной камеры на поверхность Марса, а затем измерить размер и координаты кратеров в кластере. Принадлежность кратеров к кластеру определялась по попаданию кратеров в зону удара, характерной свежей морфологии кратеров и/или совпадающему направлению выбросов.

Кластеры составляют 58% расширенного каталога и содержат от 2 до 2334 кратеров (в среднем 23 кратеров, медиана 9 кратеров). Эффективный диаметр кластера, (диаметр кратера, который был бы образован неразрушенным метеороидом) характеризует кластер как целое и используется для сравнения кластеров с одиночными кратерами. Эффективный диаметр составляет от 1 до 108 м со средним значением 8 м и медианой 6 м. Диаметр одиночных кратеров варьировался от 1 до 58 м со средним значением 7 м и медианой 5 м. Размеры кратерных полей (определяемые как среднее из всех возможных расстояний между парами кратеров в кластере) варьируются от 2 м до 2 км со средним значением в 90 м и медианой 60 м.

Были построены распределения кластеров и одиночных кратеров по размерам, для кластеров в качестве размера выбирался эффективный диаметр. Кластеры и одиночные кратеры описываются одним и тем же распределением по размерам. Данные нашего каталога дали возможность оценить показатель степени в дифференциальном и кумулятивном инкрементальном распределении кратеров по размерам как 2.7 и 2.2. Показатель степени в кумулятивном распределении ниже, чем предполагается в большинстве работ (от 2.7 до 4.6), но близок к оценкам, полученным по нерасширенному каталогу и выборкам из него (1.2 - 2.7).

Были построены кумулятивные распределения ударников по размерам и массам и аппроксимированы степенной зависимостью. Для распределения КТ по размерам показатель степени составил 2.0 для комет и 2.0 для астероидов. Для распределения масс КТ оценки показателя степени составляют примерно 0.7 для комет и 0.64 для астероидов. Полученные оценки находятся в хорошем соответствии с нашими оценками распределения кратеров по размерам и ниже независимых оценок распределения земных болидов по размерам.

Оценки, полученные с помощью моделирования входа тел 1-10 м в марсианскую атмосферу, показывают, что каменные тела с прочностями 0.1-1.5 МПа разрушаются в атмосфере на высотах от 0 до 30 км над средней поверхностью. Тела прочностью 1.5-3 МПа разрушаются ниже среднего уровня поверхности Марса. Еще более прочные объекты формируют одиночные кратеры на поверхности Марса.

Классификация и разделение на группы должны позволять выявлять закономерности в существующих кластерах. Опираясь на соотношение между размерами главного кратера в кластере и последующих, мы разделили рассматриваемые места падения на 6 групп, которые могут быть обобщены до 3х типов мест падения: доминирующий главный кратер, 2 сравнимых наибольших кратера и 3 и более сравнимых наибольших кратера, все три типа могут быть (или нет) дополнены заметно меньшими кратерами. Мы предполагаем, что выделенные группы могут соответствовать различным типам ударников и (или) различным типам разрушения метеороида в атмосфере.

Публикации :

Подобная Е.Д., Попова О.П., Иванов Б.А., Глазачев Д.О. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБНОВЛЕННОГО КАТАЛОГА НЕДАВНИХ МЕСТ ПАДЕНИЯ НА МАРСЕ. Динамические процессы в геосферах. 2023;15(4):72-82. https://doi.org/10.26006/29490995_2023_15_4_72



Подобная Е.Д., Попова О.П., Иванов Б.А., Глазачев Д.О. Classification of fresh impact sites on Mars Proceedings of the 42nd International Meteor Conference, Redu, Belgium, August 31 – September 3, 2023, -

при поддержке

По любым вопросам можно связаться с

Глазачевым Дмитрием Олеговичем
glazachevd@idg.ras.ru

Наш адрес: 119334, Россия, Москва, Ленинский проспект, 38, корпус 1

при поддержке