О природе аномальных образований в полярных районах Луны и Меркурия

Оглавление
Оглавление 2
Список таблиц 4
Список иллюстраций §
Введение 7
1. Метеоритные удары - основной процесс, формирующий поверхности безатмосферных тел 11
1.1. Кратеры - главная форма рельефа поверхностей Луны и Меркурия 11
1.1.1. Особенности строения поверхности Луны 12
1Л .2. Особенности строения меркурианской поверхности 12
IЛ .3. Современные представления об истории
формирования поверхности Меркурия 14
1.2. Типы кратеров 15
1.3. Типы ударников 16
1.4. Описание ударных процессов, соответствующих различным типам ударников 17
1.5. Природа эволюции кратера во времени - процессы, формирующие различные типы кратеров 19
2. Создание каталогов кратеров 21
2.1. Метод создания каталога кратеров. Особенности создания морфологических каталогов кратеров. Морфологический каталог кратеров Луны 21
2.2. Морфологический каталог кратеров Меркурия 24
2.3. Основные результаты статистики кратеров 28
3. Распределение кратеров в полярных районах Меркурия и Луны 32
3.1. Региональные свойства распределения кратеров. Связь
вида распределения кратеров и природы поверхности региона 32
3.2. Распределение кратеров в полярных районах Луны и Меркурия 35
4. Свойства полярных районов Луны и Меркурия 38
4.1. Особенности орбитального движения и вращения вокруг своей
оси Луны и Меркурия. Короткопериодические и долгопериодические параметры 38
4.2.1. Характер освещенности в полярных районах Луны и
Меркурия. Постоянно затененные области и «холодные ловушки» 39
4.2.2. Возможные источники летучих на Луне и Меркурии 42
5. Вероятная модель аномалий в полярных районах Луны и Меркурия 45
5.1. Вычисление положений затененных областей - холодных ловушек в полярных районах Луны и Меркурия с учетом короткопериоднческих и долгопериодических вариаций положений
осей вращения планет 45
5.2. Расчет изменений температуры в кратерах, содержащих области постоянной тени в полярных районах Луны и Меркурия 49
5.2.1. Температурный режим в полярных кратерах Луны, содержащих области постоянной тени и совпадающих с районами повышенного
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
содержан и я водорода 51
5.2.2. Температурный режим в полярных кратерах Меркурия,
обладающих аномальными свойствами 56
5.3. Вероятные области нахождения летучих в полярных районах
Луны и Меркурия 64
Заключение 66
Список литературы 68
Приложения 76
Приложение 1 76
Приложение2 105
3
Список таблиц
Таблица 2.1. Обозначение морфологических признаков в «Морфологическом каталоге кратеров Луны»
Таблица 2.2 Обозначение морфологических признаков в «Морфологическом каталоге кратеров Луны»
Таблица 2.3. Сравнение координат и диаметров кратеров Меркурия по данным различных каталогов.
Таблица 2.4. Распределение кратеров по интервалам диаметров на Меркурии и Луне
Таблица 2.5. Сравнение морфологических характеристик кратерных популяций Меркурия и Луны
Таблица 5.1 Плошадь постоянно затененных областей в районе северного полюса Луны
Таблица 5.2 Площадь постоянно затененных областей в районе южного полюса Луны
Таблица 5.3 Площадь постоянно затененных областей в районе северного полюса Меркурия.
Таблица 5.4 Площадь постоянно затененных областей в районе южного полюса Меркурия
Таблица 5.5. Кратеры, совпадающие с областями повышенного содержания водорода в полярных районах Луны.
Таблица 5.6. Кратеры, совпадающие с областями, обладающими аномальными отражательными свойствами в полярных районах Меркурия
Таблица 5.7. Содержание водорода в районе исследованных кратеров в полярных районах Луны
Список иллюстраций
Рис 1.1. Поверхность Луны по снимкам КА «Лунар Орбитер»
Рис. 1.2. Поверхность Меркурия по снимкам КА «Маринер-10».
Рис. 1.3. Зависимость величины переходного диаметра для перехода от простых кратеров к сложным
Рис. 2.1. Положение северного полюса Меркурия по данным КА «Маринер -10».
Рис. 2.2. Новое положение северного полюса Меркурия по данным радиолокационных наблюдений 1998 - 1999 гг.
Рис. 2.3. Кратер Брамс (58,9° И; 177° XV; 114 км), расположенный в регионе Н-3, на окраине Равнины Калорис на Меркурии Рис. 2.4. Распределение кратеров Меркурия и Луны по степени сохранности.
Рис. 2.5. Распределение кратеров Меркурия и Луны по наличию на склонах террас и обрушений Рис. 2.6. Распределение кратеров Меркурия и Луны по наличию горок и хребтов на дне.
Рис. 2.7. Распределение кратеров Меркурия и Луны по наличию цепочек кратеров и трещин на дне.
Рис. 2.8. Распределение кратеров Меркурия и Луны по характеру дна.
Рис. 2.9. Распределение кратеров Меркурия и Луны по наличию лавы на дне.
Рис. 2.10. Распределение кратеров Меркурия и Луны по характеру подстилающей поверхности.
Рис. 3.1. Распределение кратеров по интервалам диаметров для
различных типов подстилающей поверхности на Луне и Меркурии. Рис. 3.2. Распределение кратеров Меркурия и Луны по степени сохранности для различных типов регионов Рис. 3.3. Распределение кратеров в различных регионах Луны и Меркурия по наличию террас и обрушений на склонах Рис. 3.4. Распределение кратеров в различных регионах Меркурия
и Луны по наличию центральных поднятий (горок, пиков, хребтов) Рис. 3.5. Распределение кратеров различных регионов Луны и
Меркурия по наличию трещин и цепочек кратеров на дне Рис. 3.6. Распределение кратеров различных регионов Луны и Меркурия по характеру дна.
Рис. 3.7. Распределение кратеров различных регионов Луны и Меркурия по наличию лавы на дне Рис. 3.8. Изображение северного полюса Луны, полученное КА «Клементина». Рис. 3.9. Изображение южного полюса Луны, полученное КА «Клементина». Рис. 3.10. Фотомозаика района северного полюса Меркурия по данным КА «Маринер-10»
Рис. 3.11. Фотомозаика района южного полюса Меркурия по данным КА «Маринер -10»
Рис. 3.12. Распределение кратеров по интервалам диаметров в полярных областях Луны и Меркурия.
Рис. 3.13. Распределение кратеров полярных районов Луны и Меркурия по степени сохранности вала.
Рис. 3.14. Распределение кратеров полярных районов Луны и
Меркурия по наличию террас и обрушений на склонах.
СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ
Рис. 3.15. Распределение кратеров полярных районов Луны и Меркурия
по наличию центральных поднятий (горок, пиков, хребтов) 89
Рис. 3.16. Распределение кратеров полярных районов Луны и Меркурия
по наличию трещин и цепочек кратеров на дне 90
Рис. 3.17. Распределение кратеров полярных районов Луны и Меркурия
по характеру дна кратера. 90
Рис. 3.18. Распределение кратеров полярных районов Луны и Меркурия
по наличию лавы на дне. 91
Рис. 3.19. Распределение кратеров полярных районов Луны и Мерк>рия
по типу подстилающей кратеры поверхности 91
Рис 4.1. Схема орбиты Луны 92
Рис. 4.2. Схема орбиты Меркурия 92
Рис. 4.3. Распределение областей повышенного содержания водорода
в районах северного полюса Луны по данным КА «Лунар Проспектор» 93 Рис. 4.4. Распределение областей повышенного содержания водорода
в районах южного полюса Луны по данным КА «Лунар Проспектор» 93
Рис. 4.5. Распределение областей с аномальными отражательными
свойствами в районе северного полюса Меркурия 94
Рис. 4.6. Распределение областей с аномальными отражательными
свойствами в районе южного полюса Меркурия 94
Рис 4.7. Кратер (88.6° N, 76.4° W. D = 38 км), содержащий область
D с аномальными отражательными свойствами на Меркурии. 95
Рис. 4.8. Зависимость высоты Солнца над горизонтом для кратера.
содержащего область D. 95
Рис 5.1. Схема модели конического кратера для Луны и Меркурия 96
Рис 5.2.Схема модели сферического кратера для Луны и Меркурия 96
Рис.5.3. Распределение кратеров в районе северного полюса Луны,
совпадающих с районами повышенного содержания водорода и содержащих области постоянной тени 97
Рис.5.4. Распределение кратеров в районе южного полюса Луны,
совпадающих с районами повышенного содержания водорода и содержащих области постоянной тени 98
Рис. 5.5. Распределение максимальных температур в кратере Эрмит 99
Рис. 5.6. Распределение средних температур в кратере Эрмит 99
Рис. 5.7. Распределение максимальных в кратере (82,5° N, 213,6° Е, D=47 км). 100 Рис. 5.8. Распределение средних температур в кратере (82,5° N, 213,6° Е, D=47 км). 100 Рис. 5.9. Распределение максимальных температур в кратере Фаустини 101
Рис. 5.10. Распределение средних температур в кратере Фаустини 101
Рис. 5.11. Распределение максимальных температур в кратере Р 102
Рис. 5.12. Распределение средних температур в кратере Р 102
Рис. 5.13. Распределение максимальных температур в кратере Чао Мені -Фу 103
Рис. 5.14 Распределение средних температур в кратере Чао Мснг-Фу 103
Рис. 5.15 Распределение максимальных температу р в кратере G 104
Рис. 5.16 Распределение средних температур в кратере G 104
*
6
Введение
Актуальность темы Результаты наземных и космических исследований Луны и Меркурия, полученные за последнее десятилетие, поставили вопрос о существовании отложений летучих в полярных областях этих тел. Однако противоречивость в истолковании полученных экспериментальных данных приводит к тому, что вопрос о реальности полярных льдов на Луне и Меркурии остается открытым. Вместе с тем, надежное подтверждение этого факта имеет существенное значение для понимания процессов миграции вещества в Солнечной системе. Поскольку одним из наиболее вероятных источников летучих на поверхности таких безатмосферных телах, как Луна и Меркурий, могут быть кометы, сам факт наличия полярных льдов имеет космогонические следствия. Роль кометных ударов в формировании поверхностных структур Луны и Меркурия практически не исследована. Изучение природы полярных льдов могло бы пролить свет на многие аспекты этой проблемы. Наличие ледяных отложений на Луне имеет существенное прикладное значение, поскольку определяет стратегические направления в будущем освоении естественного спутника Земли.
Цель работы Целью настоящей работы было исследование и сравнение морфологических характеристик ударных кратеров Луны и Меркурия. Изучение кратерных популяций полярных районов обоих тел. Выявление постоянно затененных областей в полярных районах обоих тел, вычисление площади этих областей и изучение температурного режима в таких областях, с целью изучения возможности обнару жения там летучих соединений..
При выполнении работы были поставлены следующие задачи:
1. Сравнительное исследование морфологических характеристик кратеров Луны и Меркурия на основе созданных в ГАИШ и Морфологического каталога кратеров Луны" и "Морфологического каталога кратеров Меркурия".
2. Исследование морфологических характеристик кратерных популяций полярных районов Луны и Меркурия и изучение влияния региональных особенностей рельефа поверхности на морфологические характеристики кратеров.
3. Выявление постоянно затененных областей в полярных районах Меркурия и Луны и вычисление их площади.
4. Сравнение расположения постоянно затененных областей в полярных районах Луны и Меркурия с предполагаемыми районами нахождения летучих соединений и изучение температурного режима таких областей с учетом особенностей движения Луны и Меркурия вокруг Солнца.
СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и двух приложений. Во введение дается краткое описание проблем, затронутых в диссертации, определяются цели работы, и обосновывается ее актуальность.
1. В первой главе дается краткое описание поверхностей Луны и Меркурия, главной чертой которых являются ударные кратеры. Описываются типы ударных
7
ВВЕДЕНИЕ
кратеров, и приводится краткое описание различных ударных процессов, приводящих к образованию различных типов кратеров.
2. Во второй главе описывается создание и структура морфологических каталогов кратеров Луны и Меркурия. Дается краткий обзор ранее существовавших каталогов кратеров Луны и Меркурия. Проводится сравнение морфологических характеристик кратеров обоих тел.
3. В третьей главе исследуется зависимость морфологии кратеров от региональных особенностей поверхности. исследуются и сравниваются морфологические особенности кратеров, расположенных в полярных районах Луны и Меркурия.
4. В четвертой главе рассмотрены особенности орбитального движения и вращения вокруг своей оси Луны и Меркурия. Дан краткий обзор имеющихся сведений о "холодных ловушках" в полярных районах Луны и Меркурия. Приведен обзор работ об источниках летучих в полярных районах обоих тел.
5. В пятой главе рассчитаны местоположения постоянно затененных областей в кратерах в полярных районах Луны и Меркурия. Вычислена площадь постоянно затененных областей для полярных районов обоих тел. Изучен температурный режим в кратерах, имеющих постоянно затененные области и совпадающих с районами повышенного содержания водорода в полярных областях Луны согласно данным ИСЛ «Лунар Проспектор», и с районами, обладающими аномальными отражательными свойствами на Меркурии, согласно наземным радиолокационным исследованиям.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
1. При участии диссертанта впервые создан «Морфологический каталог кратеров Меркурия», содержащий данные о 6500 кратерах Меркурия.
2. С использованием данных из нового "Морфологического каталога кратеров Меркурия" проведено крупномасштабное сравнение морфологических особенностей кратеров Луны и Меркурия.
3. Рассчитаны положения постоянно затененных областей в полярных районах Луны и Меркурия на основе «Морфологического каталога кратеров Луны" и нового "Морфологического каталога кратеров Меркурия», с учетом орбитального движения и вращения вокруг своей оси Луны и Меркурия.
4. Изучен температурный режим в кратерах полярных областей Луны и Меркурия с учетом орбитального движения и вращения вокруг своей оси Луны и Меркурия.
РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ
1. На основании данных нового «Морфологического каталога кратеров Меркурия» показано сходство основных морфологических характеристик кратеров Меркурия и Луны.
2. Выявлены отличия в морфологии кратеров Меркурия и Луны, основанные на особенностях рассматриваемых регионов: на Луне хорошо сохранившихся кратеров значительно больше, чем на Меркурии, что связано, возможно, с более значительными тектоническими процессами на Меркурии в прошлом, следы которых наблюдаются в виде эскарпов.
»
8
ВВЕДЕНИЕ
3. Вычислено положение постоянно затененных областей и их площадь в полярных районах Луны и Меркурия с учетом орбитального движения и вращения вокруг своей оси Луны и Меркурия.
4. Показано, что температурный режим в ряде кратеров, совпадающих с районами повышенного содержания водорода на Луне и с районами, обладающими аномальными отражательными свойствами по данным радиолокации на Меркурии, позволяет летучим соединениям, в том числе и отложениям водяного льда, сохраняться в этих кратерах в течение длительного периода времени.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ
Результаты работы могут быть использованы при планировании и проведении космических проектов, касающихся изучения природы Луны и Меркурия. В частности, полученные в процессе работы результаты, использованы при определении объектов исследований по программе ИСЛ «Смарт-I» Европейского космического агентства. Изучение полярных областей Луны с целью выявления поверхностных отложений летучих включено в перечень основных задач этого спутника. Указанная часть работы выполнялась при поддержке гранта ИНТАС-ЕКА 00-792.
АПРОБАЦИЯ
Результаты, включенные в диссертацию, докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
1. 24 микросимпозиум по сравнительной планетологии. Москва, 1996. (Козлова Е.А., Родионова Ж.Ф. Глобальная ассимстрия кратсрированности северного и южного полушария на Меркурии)
2. 26 микросимпозиум по сравнительной планетологии. Москва. 1997. (Козлова Е.А., Родионова Ж.Ф. Морфологический анализ кратерированности полярных районов Луны).
3. 34 микросимпозиум по сравнительной планетологии, Москва, 2001. (Козлова Е.А., Майкл Г.Г., Шевченко В.В. Постоянно затененные области в полярных районах Луны).
4. Всероссийская Астрономическая Конференция. Санкт- Петербург, 2001 (Козлова Е.А. Предварительные результаты анализа "Морфологического каталога кратеров Меркурия").
5. 38 микросимпозиум по сравнительной планетологии. Москва, 2003. (Козлова Е.А. Температурные изменения в холодных ловушках на Луне).
7. Ломоносовские чтения. Москва. МГУ. 2004. (Козлова Е.А. Новый морфологический каталог кратеров Меркурия).
Основные результата диссертации опубликованы в следующих работах:
1. . Rodionova J.F., Kozlova Е.А. Morphological analysis of the cratering of the South pole - Aitken Basin on the Moon. (2000) Solar System Research. Vol. 34, N 5. p. 390-397.
9
ВВЕДЕНИЕ
2. Родионова Ж.Ф., Козлова Е.А. Морфологический анализ кратерированности бассейна Южный полюс - Эйткен на Луне. (2000).Астрономический вестник. Том 34. N 5. стр. 432-440.
3. Петров Д.В., Шкуратов Ю.Г., Станкевич Д.Г., Шевченко В В., Козлова Е.А. Площадь холодных ловушек на поверхности Луны. (2003) Астрономический вестник, Том 37, №4, стр. 285 -291
4. Козлова Е.А. О природе аномальных образований в полярных районах Луны и Меркурия. (2004) Астрономический вестник, (в печати)
Хочу выразить признательность своему научному руководителю В.В. Шевченко за постановку задач и руководство моей работой. Также хочу поблагодарить Ж.Ф. Родионову и других сотрудников отдела исследований Луны и планет ГАИІН МГУ за помощь в работе.
10