АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2007, том 41, № 6, с. 483-499
УДК 523.34
СТРУКТУРА ЛУННОГО БАССЕЙНА ЮЖНЫЙ ПОЛЮС-ЭЙТКЕН
© 2007 г. В. В. Шевченко, В. И. Чикмачев, С. Г. Пугачева
Государственный астрономический институт им. П К. Штернберга МГУ, Москва
Поступила в редакцию 10.04.2007 г.
На основании обобщения данных по измерениям высот в пределах полушария, вмещающего кольцевую структуру бассейна Южный полюс-Эйткен, построена гипсометрическая карта и высотные профили бассейна, впервые основанные на сферической поверхности относимости. Получены зависимости распространения основных химических элементов ^ и ТО) в зависимости от высотных уровней структуры. Обнаружена связь содержания этих индикаторов лунных пород с высотными уровнями их преимущественного распространения. На совокупной гипсометрической и геохимической основе выделено внешнее кольцо бассейна и выявлена структура колец его центральной депрессии. Впервые достоверно определен общий диаметр бассейна, равный около 3500 км. Уникальной особенностью строения является отличие от центрально-круговой симметрии в расположении внутренних колец бассейна, что может указывать на движение гипотетического ударника по траектории (или орбите), почти нормально ориентированной к плоскости эклиптики. В сочетании с выявленным очень малым соотношением глубина-диаметр в первоначальной структуре бассейна, это обстоятельство позволяет выдвинуть гипотезу о кометном ударе, сформировавшем бассейн Южный полюс - Эйткен.
PACS: 96.20.-n, 96.20.Br, 96.20.Ka
ВВЕДЕНИЕ
Природа и происхождение уникального образования, до сих пор условно называемого бассейн Южный полюс-Эйткен, остается одной из наиболее важных проблем в современных исследованиях Луны. Бассейн, по-видимому, относящийся к доим-брийскому периоду, является наиболее крупным кольцевым образованием не только на поверхности Луны, но и во всей Солнечной системе. Обращают на себя внимание не только его размеры в абсолютной шкале, но также и то, что его диаметр практически совпадает с диаметром самой Луны. Подобное соотношение не наблюдается на других телах Солнечной системы силикатного или ледяного состава.
Одно из самых крупных кольцевых образований в Солнечной системе - частично изученная Равнина Жары на Меркурии (Pike, Spudis, 1987), по размерам (1300 км в диаметре) составляет около 0.27 диаметра планеты. Самая крупная на Меркурии кольцевая структура, предположительно расположенная на полушарии, не изученном по снимкам КА Магь ner-10, согласно предварительным оценкам, имеет относительный диаметр 0.48 (Ксанфомалити, 2004). Обобщенная зависимость между относительным диаметром наиболее крупных кольцевых структур и радиусом соответствующих тел Солнечной системы была в свое время выведена в работе Shevchenko и др. (1985).
Относительный диаметр, подобный диаметру бассейна Южный полюс-Эйткен, имеет кольцевое образование Валхалла на Каллисто. Однако струк-
тура этого бассейна значительно отличается от строения бассейна Южный полюс-Эйткен прежде всего тем, что не имеет такой глубокой центральной депрессии, как лунный аналог. Вопрос был подробно исследован Hiesinger и Head (2004) и авторы пришли к выводу, что упомянутые структуры принадлежат к различному типу образований.
Эта особенность лунного гигантского бассейна сразу же привлекла к себе особое внимание, поскольку появилась гипотетическая возможность обнаружить среди древних выбросов образцы пород нижних слоев коры или даже верхней мантии. Как полагают Wilhelms (1987), Spudis (1993), Spudis и др. (1994) и Petro и Pieters (2004; 2006), история первых ~700 млн. лет существования Луны как небесного тела была отмечена образованием на ее поверхности 43-45 ударных бассейнов диаметром более 300 км. Этот процесс способствовал экскавации и распространению по поверхности Луны фрагментов пород из глубинных слоев лунной коры. Тем более вероятным кажется отождествить и исследовать с помощью дистанционных или прямых методов подобные образцы внутри или в окрестностях бассейна Южный полюс-Эйткен, поскольку это образование относится к наиболее древним, имеет наибольшие размеры и, соответственно, его донные участки должны проникать на наибольшую глубину.
Вместе с тем детальное исследование структуры бассейна Южный полюс-Эйткен, выполненное в предшествующих работах, нельзя полагать завершенным и ряд вопросов строения и генезиса этого
Таблица
Источник Диаметр внешнего кольца, км Координаты центра внешнего кольца
долгота, град широта, град
Stuart-Alexander 2000 180 50 S
(1978)
Wilhems и др. 2500 180 56 S
(1979)
Wood, Gifford 2600 180 60 S
(1980)
Лейкин, Санович 2200 176.5 E 41.5 S
(1985)
Petro, Pieters — 170 E 56 S
(2002)
Hiesinger, Head 2400 174 W 55 S
(2004)
уникального образования требуют дополнительного изучения.
МНОГОКОЛЬЦЕВОЙ БАССЕЙН ЮЖНЫЙ ПОЛЮС - ЭЙТКЕН (ЮПЭ)
История обнаружения крупнейшей кольцевой планетарной структуры и начальные этапы ее исследования были описаны в работе Чикмачева и Шевченко (1999).
Предварительные оценки возраста данного образования сходятся на величине около 4 млрд. лет (Petro, Pieters, 2002). В течение последующего периода процессы модификации самой кольцевой структуры и наложение многочисленных ударных кратеров более позднего происхождения в значительной степени исказили первоначальные формы бассейна ЮПЭ. В связи с этим возникают трудности отождествления границ бассейна путем геологического дешифрирования по деталям окружающего рельефа. В большинстве случаев детали, относившиеся непосредственно к морфологии колец первоначальной структуры, полностью или почти полностью были разрушены в процессе возникновения более поздних кратерных форм.
Данные табл. иллюстрируют различия в определениях диаметра внешнего кольца и координат его геометрического центра, происходящие из-за трудностей отождествления топографических границ образования.
Пережив несколько эпох разрушительной кра-терной бомбардировки, границы перепадов высот, хребты и склоны бассейна приобрели сглаженный и размытый характер.
Даже наиболее совершенные образцы геологического дешифрирования в этом отношении дают неопределенные результаты (Hiesinger, Head, 2004).
В результате проведенного предварительного анализа авторы настоящей статьи пришли к выводу, что для выявления истинных контуров многокольцевой структуры бассейна ЮПЭ необходимо построение обобщенной макромодели рельефа южной полярной области Луны (Чикмачев, Шевченко, 1999). Первым значительным результатом в этом направлении было обнаружение самого внешнего кольца бассейна, размеры которого оказались более значительными, чем оценки других авторов (табл.). Новый этап исследований был начат в работе Chikmachev и др. (2005).
Основой для структурного анализа бассейна Южный полюс-Эйткен послужила гипсометрическая карта полушария, в котором расположен бассейн. Карта построена в перспективной азимутальной ортографической проекции (рис. 1). Исходными данными для построения гипсометрической карты, приведенной на рис. 1, послужили результаты лазерной альтиметрии с борта КА Clementine (Spudis и др., 1994), каталоги абсолютных высот обратной стороны Луны, полученные на основе материалов съемки с борта КА Зонд (Родионов и др., 1976; Чикмачев, 1983; 1986; Кислюк, 1988), и результаты наземных исследований рельефа лимба Луны (Нефедьев, 1958). Для отсчета высот использована стандартная уровенная поверхность с радиусом 1738 км. Методика построения обобщенной гипсометрической модели с использованием указанных данных опубликована в работе Чикмачева, Шевченко (1999).
В предположении круговой симметрии бассейна по высотным профилям, пересекающим образование в перпендикулярных направлениях, были определены координаты центра внешнего кольца депрессии: X = 180°, в = -40° (± 2°). На рис. 2 приведено положение использованных профилей в проекции карты: 1 и 2 - положение высотных профилей, полученных по лимбам снимков КА Apollo-11 и КА Зонд-8 соответственно, 3 и 4 - положение высотных профилей, построенных по данным лазерных высотомеров КА Apollo-16 и Apollo-15 соответственно (Kaula и др., 1973).
Гипсометрическая карта на рис. 1 позволяет исследовать обобщенную структуру рельефа бассейна ЮПЭ. Внешнее кольцо бассейна прослеживается по системе возвышенностей в северо-западной, северной, северо-восточной и восточной части кольцевой структуры. Система колец внутренней депрессии выделяется в центральной области и в южной части бассейна. На рис. 3 представлен обобщенный профиль рельефа рассматриваемого полушария вдоль меридиана с долготой 180° (1). Сферическая поверхность относимости показана сегментом (2). Наибольшая высота гребня внешнего кольца в северной его части обозначена буквой (а). Наиболее глубокая часть внутренней депрессии бассейна обозначена буквой (б). Вертикальный и
Рис. 1. Гипсометрическая карта полушария Луны, в котором расположен бассейн ЮПЭ. Карта построена в перспективной азимутальной ортографической проекции. Исходные данные и методика построения описаны в тексте.
горизонтальный масштабы профиля одинаковы. Профиль бассейна, впервые построенный на основе сферической поверхности относимости, наглядно показывает реальное отношение глубины бассейна к его диаметру.
На рис. 4 тот же профиль приведен с увеличением вертикального масштаба в 20 раз для того, чтобы можно было проследить детали рельефа. На профиле четко прослеживается центральная депрессия бассейна, расположенная асимметрично по отношению к внешнему кольцу возвышенностей, с очевидным смещением наиболее глубокой части в южном направлении.
СОВРЕМЕННАЯ СТРУКТУРА И РАЗМЕРЫ ВНЕШНЕГО КОЛЬЦА БАССЕЙНА ЮПЭ
Для выявления структуры внешнего кольца, по данным гипсометрической карты (рис. 1) была по-
строена трехмерная модель рельефа, превышающего по высотам нулевой уровень. Данная модель представлена на рис. 5 в перспективной проекции. С тем, чтобы положение выделенной структуры отождествить на лунной поверхности, на рисунке указаны морфологические детали, соответствующие ряду крупных образований на Луне. Для наглядности вертикальный масштаб построенной модели увеличен по срав
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.