АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2007, том 41, № 2, с. 120-129
УДК 523
КРАТЕРЫ, УЧАСТКИ ГЛАДКОЙ ПОВЕРХНОСТИ, ПОТОКИ И СЛОИСТОСТЬ НА ЯДРАХ КОМЕТ
© 2007 г. А. Т. Базилевский*' **, X. У. Келлер**
*Институт геохимии и аналитической химии РАН, Москва, Россия **Институт изучения Солнечной системы им. Макса Планка, Катленбург-Линдау, Германия Поступила в редакцию 29.08.2006 г. После исправления 19.09.2006 г.
В статье рассматривается морфология кратеров, участков гладкой поверхности и потоков, а также признаки слоистости, наблюдаемые на ядрах комет Боррелли, Вильда 2 и Темпеля 1. В нашем анализе мы подчеркиваем роль так называемого процесса планации, который включает в себя движение материала типа лавин и может быть ответственным за образование наблюдаемых на ядрах комет пото-ковидных форм, участков гладкой поверхности, террас и плоских днищ кратеров. В согласии с некоторыми другими исследователями (например, Belton, 2006) мы полагаем, что в более мощных слоях на Темпеля 1 и некоторых образованиях поверхности на кометах Боррелли и Вильда 2, может быть, видны элементы первичной структуры кометы. Мы также видим как более, так и менее разрушенные ударные кратеры, образованные на ранних этапах истории комет в удаленных частях Солнечной системы, и элементы рельефа, образованные совсем недавно, во время заходов кометы во внутреннюю часть Солнечной системы. Эти недавние процессы преобразования поверхности определенно изменяли вещество поверхности ядра, возможно, усиливая сублимацию летучих компонент, что должно приниматься во внимание в интерпретациях результатов миссии Deep Impact и при выборе участков исследования, когда КА Rosetta приблизится к комете своего назначения.
PACS: 96.25.-f
ВВЕДЕНИЕ
Эта работа продолжает наше изучение морфологии ядер комет, основанное на анализе изображений и других данных, полученных КА Vega/Giotto, Deep Space и Stardust, которые пролетели около комет Галлея, Боррелли и Вильда 2 (Basilevsky, Keller, 2006). В данной статье мы включаем в анализ изображения и другие данные по комете Темпеля 1, полученные миссией Deep Impact, и данные поддерживающих ее наблюдений. Приводятся новые сравнения деталей поверхности кометных ядер с земными и марсианскими аналогами. В статье мы рагсматриваем три загадочные и частично перекрывающиеся класса образований, наблюдаемые на поверхности ядер комет: 1) кратеры, 2) участки гладкой поверхно-
сти и потоки и 3) слоистость. Программы упомянутых миссий, а также результаты более широкого рассмотрения морфологии кометных ядер и освещение сопутствующих тем можно найти в работах: Keller и др., 1988; Keller, Jurda, 2002; Soder-blom и др., 2002; Britt и др., 2004; Brownlee и др., 2004; Sekanina и др., 2004; A'Hearn и др., 2005; Basilevsky, Keller, 2006; Thomas и др., 2006. Некоторые ключевые характеристики четырех рассмотренных комет приведены в табл. 1, а их обзорные изображения даны на рис. 1.
КРАТЕРЫ
Кратеры наблюдались на поверхности ядер комет Вильда 2 и Темпеля 1 (рис. 2). Brownlee и др.
Характеристики комет, изображения которых получены с пролетавших вблизи космических аппаратов
Комета Параметры орбиты Характеристики ядра
Перигелий, а. е. Афелий, а. е. Орбитальный период, год Размер, км Альбедо Объемный вес, кг/м3
Галлея Боррелли Вильда 2 Темпеля 1 0.587 1.358 1.58 1.5 35.35 5.86 5.20 4.72 71.6 6.86 6.4 5.5 16 х 8 х 8 8 х 3 5.5 х 4 х 3.3 6 х 6 0.05 + 0.03/-0.02 0.029 ± 0.006 0.03 ± 0.015 0.04 ± 0.02 550 ± 250 490 + 340/-200 Не определен 350 ± 250
Примечание. Данные из работ (Soderblom и др., 2002; Binzel и др., 2004; Brownlee и др., 2004; A'Hearn и др., 2005; Thomas и др., 2006).
Halley Borrelly Wild 2 Tempel 1
* Jr * ÉL m Zr
Ljll 1 éXàr
,5 1km, V
Рис. 1. Изображения комет Галлея, Боррелли, Вильда 2 и Темпеля 1. Яркое пятно в нижней части ядра кометы Тем-пеля 1 показывает начальную стадию ударной вспышки. Изображения комет с вебсайтов ESA и NASA.
(2004) описали на поверхности ядра кометы Вильда 2 кратеры двух типов: 1) плоскодонные кратеры, например, кратер Лефт Фут и безымянный 400-м кратер и 2) депрессии типа яма с гало, например, кратер Рахе (см. 1, 2, 3 соответственно, на рис. 2а). Эти авторы рассматривают плоскодонные кратеры как результат удара и приводят изображение кратера (рис. 5 в их работе) с похожей морфологией, образованного в лаборатории ударом в сильно пористую, но связную мишень. Однако эксперименты других исследователей показывают, что кратеры, образованные выстрелами в лабораторные аналоги вещества кометных ядер, имеют более обычную чашеобразную форму (см. сводку в работе Basilevsky, Keller, 2006). Кратеры типа яма с гало, которые имеют центральную впадину и лепестковую систему неглубоких депрессий вокруг Brownlee и др. (2004) считают результатом удара (образующего центральную впадину), сопровождавшегося отколом материала мишени (образующего депрессии вокруг), как это происходит при образовании микрократеров при высокоскоростных ударах по стеклу. Basilevsky, Keller (2006), анализируя изображения кометы Вильда 2, согласились с аналогиями в морфологии депрессий типа яма с гало и микрократеров в стекле, но считают плоскодонные кратеры, наиболее вероятно, результатом послеударного уплощения днищ кратеров (см. ниже).
Кратеры на ядре кометы Темпеля 1 также представлены двумя морфологическими типами, хотя и отличающимися от тех, что видны на комете Вильда 2 (Thomas и др., 2006). Это: изолированные депрессии без вала (рис. 26) и реликты круглых валов (рис. 2в). На стереоизображении (рис. 9 в работе Thomas и др., 2006) видно, что депрессии без вала относительно плоскодонны и, несмотря на название "без вала", имеют сглаженные, но различимые прерывистые валы. Круглые в плане валы второго типа депрессий на комете Темпеля 1 выглядят острыми и заметно более
темными, чем материал внутри их и вокруг. Они не видны на доступном нам стереоизображении, а на "плоских" изображениях они выглядят как низкие и заполненные внутри примерно до уровня прилегающей снаружи поверхности. Эти два типа наблюдаются на различных подразделениях поверхности и интерпретируются в работе Thomas и др. (2006) как разрушенные ударные кратеры. Разницу в морфологии эти авторы объясняют (не входя в детали) различной реакцией субстрата на удар и/или разными типами эрозии первичных форм и/или возможным захоронением и последующей эксгумацией некоторых подразделений поверхности ядра.
Плоскодонные кратеры на комете Вильда 2 по характеру их пространственного распределения и, частично, по морфологии напоминают кратеры километрового размера на лунных материках (рис. 3). Однако лунные кратеры этого размера, в основном, не плоскодонные и у них есть заметные приподнятые валы. Basilevsky и Keller (2006) объясняют эту разницу последующим отступлением внутренних склонов в кратерах на комете Вильда 2, что разрушало первичный вал, а лавинообразное распространение материала обрушившихся склонов (см., например, Hsu, 1975; Melosh, 1983; Kilburn, Sorensen, 1998) сделало днища кратеров плоскими. Отступление склонов должно также увеличивать диаметры кратеров, а это привело к тому, что наблюдаемая частота распределения кратеров на комете Вильда 2 "выше", чем кривая насыщения лунных кратеров по Hartmann (1984). Потоки типа лавин требуют для их осуществления некоторого порога масштаба явления. Может быть, поэтому мы не видим такого выраженного уплощения дна у кратеров на комете Темпеля 1, которые на порядок величины меньше кратеров на комете Вильда 2.
Другим вариантом возможных аналогов кометных кратеров, рассмотрение которого оправдыва-
Рис 2. (а) - Кратеры на ядре кометы Вильда 2: 1 — кратер Лефт Фут, 2 — безымянный 400-м кратер, 3 — кратер Рахе; (б) — депрессии без вала; (в) — реликты круглых валов на ядре кометы Темпеля 1. Снимки NASA.
ется сходством в материалах мишени, являются кратеры в полярных слоистых отложениях Марса, которые состоят из смесей льда воды и пыли (см., например, Thomas и др., 1992). На рис. 4 показаны изображения этих кратеров диаметром от сотен метров до 4 км, которые считаются ударными кратерами (Koutnik и др., 2002; Pathare и др., 2002; 2005). У некоторых кратеров в марсианских слои-
Рис. 3. Фрагмент снимка Apollo 10 AS16-118-18968, сделанного камерой Hasselblad над обратной стороной Луны (7.4° с.ш., 144.5° в.д.). Снимок NASA.
стых полярных отложениях есть возвышающийся вал и различимые выбросы вокруг (рис. 4а, г). Они, по-видимому, лишь слабо разрушены и близки к исходным формам. У других марсианских полярных кратеров нет возвышающегося вала и покрова выбросов, очевидно, утерянных в процессе их разрушения с течением времени, но их очертания, однако, еще четкие.
Четкость очертаний марсианских полярных кратеров обсуждалась в работах Koutnik и др. (2002) и Pathare и др. (2005), которые пришли к выводу, что эти кратеры разрушались по механизму вязкой релаксации льда мишени типа крипа. Очевидно, однако, что разрушение этих кратеров, в котором могла быть компонента релаксации, должно было включать в себя также эффективную сублимацию из внутренней части кратера. На рис. 4 видно, что слоистая структура мишени ясно видна в деградированных формах (рис. 46, в, д) и почти не видна в формах, близких к первичным (рис. 4а, г). У почти не разрушенных кратеров склоны и днище покрыты упавшими обратно выбросами и оползнями (Базилевский и др., 1983; Melosh, 1989), которые должны быть удалены (за счет сублимации), чтобы нижележащие слоистые породы мишени стали видны. Разрушение за счет сублимации, как представляется, должно приводить к образованию сглаженных кратерных форм, похожих на изолированные депрессии без вала на комете Темпеля 1. Но если сублимация внутри кратера и особенно в верхних частях внутренних склонов кратера более эффективна, чем на прилегающих участках снаружи, тогда склон должен отступать в горизонтальном направлении быстрее, чем окружающая местность отступает по вертикали, и это должно приводить к сохранению четкости очертаний кратера. Это условие, по-видимому, выполняется для
Рис. 4. Марсианские ударные кратеры в полярных слоистых отложениях: (а) - е
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.