Астрономія
Астрономія

Астрономи порахували валуни на Меркурії. Їх виявилося замало

Міжнародна група дослідників зібрала три тисячі знімків поверхні Меркурія місії NASA MESSENGER та спробувала знайти на планеті уламки породи, які мали б з'явитися унаслідок, наприклад, падіння астероїдів. Втім, щось подібне розміром не менш як п'ять метрів у діаметрі знайшлося лише на 14 знімках - це принаймні у 30 разів менше за кількість валунів на меншому Місяці. Астрономи розробили три теорії на пояснення того, куди подівалися валуни Меркурія, які опублікували у журналі Icarus. Так планету може захищати пиловий шар або швидке руйнування валунів через близькість до Сонця та космічний пил.

Зроблені MESSENGER знімки Меркурія. NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington / Wikimedia Commons

Зроблені MESSENGER знімки Меркурія. NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Carnegie Institution of Washington / Wikimedia Commons

Навіщо вченим меркуріанські валуни?

Ударні події, як-то зіткнення з великими об'єктами або падіння метеоритів і мікрометеоритів, грають важливу роль в еволюції космічних об'єктів. А попутно утворені кратери допомагають оцінити склад підповерхневих шарів та навіть приблизно визначити вік різних ділянок поверхонь тіл Сонячної системи. В результаті падінь метеоритів на них можуть вибиватися валуни, з яких також можна отримати важливу інформацію про процеси на поверхні. Уламки порід видно на всіх об'єктах Сонячної системи, з яких можна отримати зображення достатньої роздільної здатності. Блоки твердої породи розміром у кілька метрів, у великій кількості можна побачити на зображеннях з високою роздільною здатністю поверхні Місяця, Марса, невеликих тіл, а також Землі. Наприклад, розмір валунів, виритих кратерами кілометрового розміру на Місяці, можна використовувати для розрізнення первинних і вторинних ударів. А свідчення про молоді валуни стали вказівкою на недавню сейсмічну активність Марса.

Як їх шукати?

Як ми вказали раніше, для пошуку подібних геологічних об'єктів, вченим необхідні знімки високої роздільної здатності. Для вивчення валунів на Меркурії у своїй роботі астрономи використовували фото з вузькокутової камери Narrow Angle Camera (NAC) з борту місії NASA MESSENGER. Дослідники обрали зображення з найвищою роздільною здатністю і найбільш детальної вибірки, причому спеціально за період з лютого по квітень 2015 року - на пізній стадії місії, коли MESSENGER був найближче до планети і камера працювала в умовах отримання зображень, які виходять за межі, передбачені її конструкцією. Так вчені методично переглянули близько трьох тисяч фотографій з достатньою роздільною здатністю для виявлення валунів, і нанесли на карту всі спостережувані уламки. Щоб уникнути помилок, вчені по черзі переглядали знімки і в підсумку зійшлися на думці, що валуни можна помітити всього на 14 окремих зображеннях. Через невеликі розміри на знімках, розмитості та зашумленості, визначити точно розмір валунів складно, однак за оцінками, межа виявлення валунів становить приблизно 4-5 метрів у діаметрі. Також за наявних зображень неможливо відрізнити неушкоджені валуни від купи уламків зруйнованих або частково зруйнованих, тож вони всі були включені у кінцевий аналіз.

Так п'ять з 14 зображень Меркурія є послідовними зображеннями з однієї орбіти MESSENGER, що сфотографували поверхню всередині і біля великого (діаметром близько 35 кілометрів) безіменного ударного кратера. Зображення показують чітко окреслені межі ударного розплаву на зовнішніх стінках кратера і чіткі тріщини в ударному розплаві на дні. Всі ці особливості вказують на те, що кратер дуже молодий, один з наймолодших кратерів такого розміру на планеті і наймолодший великий кратер в цьому районі. Три з останніх дев'яти знайдених валунів знаходяться на гладких рівнинах, а інші - на міжкратерних. Сім з цих зображень Меркурія містять тільки по одному валуну. Ці знімки вчені також пов'язують з відносно свіжими ударними кратерами діаметром в сотні метрів, хоча їхній вік вкрай важко оцінити, вони менш сильно деградували порівняно з утвореннями подібного розміру.

Мапа місцеположення обстежених зображень. Великі червоні кола вказують на місця, зображення з яких вказали на один або кілька валунів. Mikhail A.Kreslavsky et al. / Icarus, 2021

Мапа місцеположення обстежених зображень. Великі червоні кола вказують на місця, зображення з яких вказали на один або кілька валунів. Mikhail A.Kreslavsky et al. / Icarus, 2021

То що з валунами на Меркурії не так?

Звісно такий кількісний аналіз не є достатньо точним через обмеженість вихідних даних, однак вчені вирішили встановити відносну кількість валунів на Меркурії, порівнявши подібні дані з Місяця. Меркуріанські валуни часто зустрічаються скупченнями і великими полями, так як і на Місяці. З іншого боку, більшість зображень з високою роздільною здатністю на Меркурії і зразки зображень з Місяця взагалі не містять валунів. Через ці два факти середня щільність валунів (кількість задокументованих валунів, поділена на обстежену площу) не є гарною статистичною мірою, бо не в її значенні будуть переважати рідкісні щільні скупчення валунів.

Втім, відсоток випадкових вибірок зображень з валунами серед всього набору зображень, за словами вчених, є найкращою статистичною характеристикою чисельності валунів, бо він більш статистично стійкий. Так дослідники підрахували, що згідно з цим показником, валуни на Меркурії надзвичайно рідкісні порівняно з місячним нагір'ям - приблизно в 30 разів менш численні, 0,5 відсотка проти 15. Це видається досить дивним, враховуючи відносну подібність поверхні супутника і планети, тож астрономи спробували знайти фактори, які могли вплинути на таку «валунову бідність» Меркурія.

Валуни всередині безіменного ударного кратера діаметром близько 35 кілометрів. Mikhail A.Kreslavsky et al. / Icarus, 2021

Валуни всередині безіменного ударного кратера діаметром близько 35 кілометрів. Mikhail A.Kreslavsky et al. / Icarus, 2021

Куди зникли уламки?

На Місяці популяція валунів динамічна: вони постійно утворюються в результаті ударів метеоритів, вириваються з вершин пагорбів та інших опуклих схилів через рухливість реголіту, та приблизно так само швидко постійно знищуються. Попередні дослідження вказували, що приблизний час життя місячних валунів складає близько сотні мільйонів років. Можливими механізмами руйнування валунів вважають метеоритні удари, мікрометеоритне стирання (космічний пил), а також «термічна втома» матеріалу через поступове поширення тріщин, викликаних циклічною зміною температур. На думку вчених, цілком логічно припустити, що валуни на Меркурії поводитимуться також динамічно, тож всі три механізми можуть впливати і тут. Згідно з дослідженням, рідкісність валунів на Меркурії в порівнянні з Місяцем означає, що або вони утворюються набагато повільніше, або час життя валунів набагато коротше, або і те, і інше. Якщо метеоритні удари є основною причиною утворення валунів і їхнього знищення, то сам ударний потік мало вплине на результат продуктивності і тривалості життя і, отже, на чисельність валунів. Більш високі термічні напруги і більш швидке термічне стомлення Меркурія можуть викликати швидке руйнування верхніх дециметрів поверхні валуна і, таким чином, сприяти більш швидкому руйнуванню породи. Однак самі по собі ці чинники не можуть пояснити спостережувану різницю в порівнянні з Місяцем. Тож вченні вважають, що свою роль грає і більш товстий реголіт на Меркурії, який ймовірно, непропорційно знизить швидкість утворення валунів.

Як ми вже писали вище, валуни є одними із важливих об'єктів на космічних тілах, за якими ми можемо ті вивчати. Наприклад, смуги валунів на марсіанських льодовикових відкладеннях вказують на численні епізоди накопичення льоду у минулому Марса.