Концентрический кратер
Концентрические кратеры — тип ударных кратеров диаметром от 2 до 28 километров с двумя (редко больше) концентрическими кольцами. Редкие объекты[1] подобного типа известны только на Луне[3][4] и, вероятно, на Меркурии[5]. Происхождение их внутренних колец остается неясным, хотя имеется несколько гипотез, объясняющих его[5][6].
Подобную форму могут иметь и кратеры существенно меньшего или большего размера кратеры. Некоторые кратеры такой же формы подходящего размера рассматривают отдельно[5][6][7][8], так как их форма имеет другое объяснение[5][8]. Однако иногда называют концентрическими и некоторые из них[9][10][11][5].
Описание
Диаметр таких кратеров находится в границах от 2–28 км (чаще всего — 4–12 км) и в среднем составляет 8 км[6][8][12]. Их внешний (главный) вал аналогичен таковому у обычных ударных кратеров[8], но в них присутствует также внутреннее кольцо. Оно может иметь вид отдельного вала или уступа на наружном склоне, либо иметь промежуточный вид. Иногда оно едва заметно, а иногда сравнимо по размерам с главным валом. Диаметр этого кольца составляет 20–80% (в среднем 50 %) диаметра главного[12][5]. Иногда между главным и внутренним валом лежит кольцо холмов или (редко) полоса плоской поверхности[5][6][8]. Центральная часть дна может быть плоской, вогнутой или неровной. Глубина концентрических кратеров меньше, чем у обычных кратеров такого диаметра (обычно в 2-3 раза)[12][5].
Концентрические кратеры, как и обычные, могут быть несколько вытянуты, что объясняют ударом под малым углом к горизонту (значительную вытянутость имеют 9 из 114 исследованных представителей)[5]. При этом внутреннее кольцо чаще всего[5], но не всегда[8], круглое.
Химический состав почвы (по крайней мере содержание железа и титана) в этих кратерах, по данным спектрального анализа, такое же, как и в окружающей местности (кроме случаев, когда отличия вызваны неоднородностью поверхности до столкновения или последующим заливанием лавой)[5][3][13].
Все концентрические кратеры имеют большой возраст. Часто они существенно разрушены, ни у одного не сохранились лучи, а у большинства — и ореол выбросов (хотя иногда он прослеживается[8]). Некоторые из этих кратеров залиты морской лавой (6 случаев из 114)[5]. Согласно приблизительным оценкам возраста, сделанным на основе степени сохранности, 88 из этих 114 оказались старше 3,8 млрд лет, возраст 9 лежит в пределах 3,8–3,2 млрд лет, а в остальных 17 — меньше 3,2 млрд лет, но все же довольно значителен. Таким образом, большинство из них являются имбрийскими и раннеимбрийскими, около 10 %. — позднеимбрийскими и около 15 % — эратосфеновскими. Младших — коперниковских — среди них нет[5].
Сравнение с другими типами кратеров
Концентрические кратеры — редкое исключение среди кратеров подобных размеров[1]. Обычные лунные кратеры такого диаметра имеют простую чашевидную форму. Иногда — особенно у больших — в их центре есть участок плоского дна (у некоторых — с центральной горкой), а на склонах могут быть оползни и террасы[14][15].
Для гораздо меньших и значительно больших кратеров двухкольцевой вид, напротив, является нормой (пока они не теряют его из-за разрушения[10][16]). Но существенно большие[17] и, возможно, меньшие[9] кратеры имеют его в силу других причинам[8][5].
Признаки концентричности часто встречаются у кратеров диаметром в сотни метров, расположенных в лунных морях. В частности, на одном из участков Океана Бур эти признаки обнаружены у всех молодых кратеров диаметром от 120 до 250 м, а также у некоторых больших или меньших (по крайней мере, от 10 до 500 м)[9][18]. В отличие от концентрических кратеров километровых масштабов, они обычно имеют между краями наружной и внутренней впадины полосу плоского дна[5]. Иногда их тоже называют концентрическими кратерами (англ. concentric craters)[9][10][18], иногда также «террасными» или «уступными» кратерами (bench craters)[5]. На лунных материках их нет[10]. По некоторым наблюдениям, выраженность концентричности у них уменьшается с размером[9][10][18]. Эти наблюдения, морфологические различия, а также то, что километровые концентрические кратеры встречаются и в морях, и на материках, указывают на то, что концентричность километровых и субкилометровых кратеров имеет разную природу[9][8][5]. Для вторых её объясняют слоистостью почвы, а для первых это лишь одна из гипотез[7][5]. Аналоги субкилометровых концентрических кратеров Луны известны и на других небесных телах, где они иногда достигают больших размеров (в том числе на Марсе[19][5] и Фобосе[11]).
На некоторых небесных телах известны и другие объекты подобного вида: кратеры с центральным углублением (англ. central pit craters). Они наиболее часто встречаются на Марсе, Ганимеде и Каллисто, но представлены и на Меркурии, Земле и Луне[20][21]. Углубление может находиться на центральной горке или (при её отсутствии) на ровном дне; часто оно окружено небольшим валом. Между ним и наружным валом имеется кольцевой участок более или менее плоского дна, что для концентрических кратеров нехарактерно. Диаметр углубления в случае Марса составляет 2–48 % диаметра кратера, в случае Ганимеда и Каллисто — 10–50 %[5], а в случае Луны — 5–29 %[21]. Возраст подобных объектов на Марсе, Ганимеде[5] и Луне[21] варьируется в очень широких пределах; среди них есть и очень молодые. На Луне известно несколько десятков таких кратеров; они распределены по поверхности значительно равномернее концентрических, их размер составляет 9–57 км, а углубления имеют довольно неровные края[21]. Происхождение этих углублений неясно; оно может быть разным в разных случаях[21][20]. Для марсианских кратеров его объясняют взрывом при нагревании подповерхностного льда ударным расплавом[22], но для лунных и меркурианских это невозможно из-за отсутствия значительного количества льда и вообще летучих веществ[21]. Различия в форме, размере, пространственном и возрастном распределении между такими и концентрическими кратерами указывают на их разную природу[5].
Многокольцевое строение типично и для гигантских кратеров (бассейнов). На Луне она проявляется при диаметре кратера более 140–175 км[23]. Для бассейнов появление дополнительных колец объясняют в основном иными причинами, чем у кратеров километрового масштаба[17]. Против их общей природы свидетельствуют резко отличный размер, разное пространственное распределение и ряд морфологических различий[7][5]. С другой стороны, выдвигалось и предположение, что кольца бассейнов связаны с теми же особенностями, что и кольца субкилометровых (и, возможно, километровых) кратеров, ключевым из которых выступает слоистость субстрата[24][25].
Распространение
По состоянию на 2014 год, кратеры этого типа обнаружены только на Луне. Один объект, для которого предполагают такую же природу, найден на Меркурии[5] — наиболее похожем на Луну теле Солнечной системы. Кратеры схожей формы на других небесных телах, вероятно, имеют другое происхождение[5].
Поскольку концентрические кратеры невелики и часто слабо выражены, их точное количество определить трудно. Каталог, составленный в 2014 году, содержит 114 лунных кратеров с большими или меньшими признаками концентричности[5][6], причем тремя годами раньше их насчитывали вдвое меньше[7]. Обычно они лежат у берегов морей (как с морской, так и с материковой стороны). По данным 1978 года (полученным примерно по 50 объектам), это наблюдается в 70 % случаев. 20 % расположены в более материковых областях, но так же вблизи мест выхода на поверхность морской лавы. Оставшаяся часть — 10 % — находятся в чисто материковой местности. В центральных областях морей концентрических кратеров не бывает[8][5]. Их распределение очень похоже на распределение больших кратеров с растрескавшимся дном, внутри которых они нередко и встречаются[7][6][5][27]. Значительной склонности к группированию у концентрических кратеров нет: чаще всего они разбросаны далеко друг от друга[3], хотя есть и исключения[12].
Происхождение
Есть следующие гипотезы, объясняющие появление концентрических кратеров[6]:
- Падение в одно место двух метеоритов один за другим. Это не исключено, поскольку фрагменты единого тела, разорванного приливными силами, могут лететь рядом по одной траектории[28]. Этой гипотезе противоречит неслучайность пространственного распределения таких кратеров[8][3][7]. Однако это не исключает возможности того, что некоторые из них образовались именно так[12].
- Образование внутреннего вала лавой, поднимающейся из недр. Возможно, в центре метеоритного кратера находится вулкан с собственным кратером[29], а возможно, лава выступает только по краям метеоритного кратера, где и образует кольцо[30]. В любом случае эта лава должна быть достаточно вязкой или извергаться достаточно медленно, иначе вместо возвышенности она образует обычное плоское лавовое поле[8]. Также была выдвинута версия, что внутренний вал является кольцевой дайкой, по каким-то причинам возвышающейся над поверхностью[31]. Вулканизм может создать более одного вала: на Земле известны вложенные один в другой кратеры, созданные последовательными извержениями, которые чередовались с обрушениями или взрывами[29]. Соответственно, выдвигались и идеи о чисто вулканической природе концентрических кратеров, но этому противоречит сходство их внешнего вала (а у некоторых — и остаток ореола выбросов) с обычными метеоритными кратерами[8]. Проблемой вулканической версии является единообразие химического состава почвы в кратере и вне его[3][7][5][13].
- Поднятие дна кратера лавой, не доходящей до поверхности и застывающей на глубине (интрузия)[32]. Эта гипотеза, как и предыдущая, требует найти дополнительное объяснение того, почему в кратере образуется именно кольцевидная возвышенность. Возможно, приподнятое дно впоследствии обрушивается в центре, а возможно, поднимается только периферическая часть, где этому не мешает слой застывшего импактного расплава[3][33]. В пользу этой и предыдущей версий свидетельствует расположение этих кратеров в основном в местах, где много проявлений вулканической активности, отсутствие среди них молодых (вулканическая активность на Луне уже утихла) и относительно небольшая глубина[5][3][8][12]. Интрузией лавы объясняют также растрескивание дна, наблюдаемое у многих лунных кратеров (имеющих такое же пространственное распределение, как концентрические, но, как правило, больший размер)[7][6][27]. Существует предположение, что при диаметре кратера >15 км интрузия влечет за собой появление трещин, а при меньшем — появление второго вала[5]. Есть кратер, имеющий и второе кольцо, и трещины (Шлютер X).
- Слоистая поверхность почвы в месте столкновения. Верхний слой почвы является менее прочным, чем нижний, из-за измельчения метеоритной бомбардировкой. Взрыв при ударе в такую почву может создать два вложенных кратера: большой в верхнем слое и маленький — в нижнем. Такой механизм был подтверждён моделированием в лаборатории[10][9][34] и на компьютере[35]. Также действенность этого механизма подтверждена исследованиями нескольких мелких кратеров, которые были осмотрены астронавтами Аполлонов[36]. Кратеров, появление которых объясняют именно так, в лунных морях очень много[9], причем на материках, где почва измельчена до очень большой глубины, их нет[10]. Однако некоторые соображения (см. выше) указывают на то, что таким образом могут появляться только небольшие — до сотен метров — кратеры такой формы, хотя окончательно предельные размеры не установлены[9]. Другие проблемы, связанные с применимостью этой гипотезы к концентрическим кратерам километрового масштаба — отсутствие среди них молодых[5], обычный вид большинства расположенных неподалёку от них кратеров[32][7] и то, что они встречаются и в морях, и на материках[8], а также некоторые морфологические особенности (в частности кольцо холмов у некоторых представителей)[5].
- Формирование внутреннего вала из грунта, сдвинутого со наружного склона. Обрушенные края — обычное явление у лунных кратеров размером более 13–15 км[14]. Часто оползни создают на их краях террасы. Но эти террасы обычно многочисленны и имеют небольшие размеры и неправильную форму и не охватывают весь периметр кратера[5]. Также эта гипотеза не объясняет преимущественное расположение концентрических кратеров по берегам морей[3][7] и отсутствие среди них коперниковских[7]. По некоторым оценкам, в её пользу не свидетельствует практически ничего[30]; по другим, она объясняет по крайней мере кольца холмов, имеющиеся в некоторых концентрических кратерах[26].
Примеры
Наиболее легкодоступный для наблюдений концентрический кратер — Гесиод A на юге Моря Облаков[1][2][33]. Благодаря относительно большому размеру (15 км) и хорошей сохранности его можно различить в телескоп с апертурой примерно 11 см, тогда как другие доступны для наблюдения в не менее чем в 15-сантиметровый телескоп. Другие примечательные примеры — 11-километровый Крозье H на западном берегу Моря Изобилия и 7-километровый Март в Болоте Эпидемий. Последний, несмотря на малый размер, хорошо заметен благодаря большой яркости. Он виден даже на полной Луне, на которой не проявляется рельеф поверхности. Это касается и некоторых других концентрических кратеров[33].
Разнообразие концентрических кратеров (в скобках — диаметр):
Расположение некоторых концентрических кратеров. На первых двух снимках типичные случаи: представители, лежащие в большом кратере с трещинами на дне и в прибрежной зоне моря. На следующих трех — редкие экземпляры, находящиеся на вулканических или интрузивных куполах (малозаметные низкие просторные возвышенности с округлыми очертаниями) и на морской гряде. Два кратера с признаками концентричности на предпоследнем снимке — Архит G и безымянный — является редким случаем смежности таких объектов[37].
Примечания
Литература
- Trang D. Chapter 4. The origin of lunar concentric craters // A remote analysis of the lunar landscape. A dissertation submitted to the graduate division of the University of Hawai'i at Manoa in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of phylosophy in geology and geophysics. — December 2014. — P. 73–103, 145–156. — 200 p. — включает каталог 114 концентрических кратеров (с. 145–156)
- Wood, C. A. (1978). “Lunar Concentric Craters”. Lunar and Planetary Science IX: 1264—1266. Bibcode:1978LPI.....9.1264W. — включает каталог 51 кратера (однако концентричность некоторых впоследствии не подтвердилась).
- Trang, D.; Gillis-Davis, J. J.; Hawke, B. R.; Bussey, D. B. J. (2011). “The Origin of Lunar Concentric Craters” (PDF). 42nd Lunar and Planetary Science Conference, held March 7-11, 2011 at The Woodlands, Texas. LPI Contribution No. 1608, p.1698. Bibcode:2011LPI....42.1698T. Дата обращения 4 ноября 2015.
- Trang D. Concentric Crater (Moon) // Encyclopedia of Planetary Landforms / H. Hargitai, Á. Kereszturi. — Springer New York, 2014. — P. 1–4. — ISBN 978-1-4614-9213-9.
- Fitz-Gerald, B. (December 2012). “Concentric Craters” (PDF). The Moon. Occasional papers of the Lunar Section of the British Astronomical Association. 2: 1—13. Дата обращения 4 ноября 2015.
- Eskildsen H. (2014). “Concentric Lunar Craters” (PDF). The Strolling Astronomer. 56 (1): 36—44. Дата обращения 4 ноября 2015. — содержит каталог 55 концентрических кратеров (снимки).
- Dembowski, William M. (2006). “Enigmatic lunar craters”. The Strolling Astronomer. 48 (4): 27—31. Bibcode:2006JALPO..48d..27D.
- Eskildsen H., Lena R. (November 2011). “Humboldt: Concentric Crater and LPDs” (PDF). Selenology Today (25): 1—16. Дата обращения 4 ноября 2015.
- Eskildsen H. (January 2013). “Archytas G Concentric Crater” (PDF). Selenology Today (31): 25—28. Дата обращения 4 ноября 2015.
Ссылки
- Giant page of little features. lpod.org. Charles A. Wood, images by Howard Eskildsen (28 июля 2013). Дата обращения: 4 ноября 2015. Архивировано из оригинала 13 марта 2014 года. — 57 снимков концентрических кратеров из списка Eskildsen (2014)
- Снимки 12 субкилометровых концентрических кратеров в Океане Бурь (архив).
- Карта расположения концентрических кратеров из списка Wood, 1978 (архив).
- Карта расположения концентрических кратеров из списка Eskildsen (2014) : западное полушарие (архив), восточное полушарие (архив).
- Bob King (25 февраля 2015). “Crazy About Concentric Craters”. Sky & Telescope. Архивировано из оригинала 14 октября 2015. Дата обращения 4 ноября 2015.
- Charles A. Wood. Concentric Craters. lpod.org (23 июня 2004). Дата обращения: 4 ноября 2015. Архивировано из оригинала 15 октября 2015 года.
- Charles A. Wood. Ball-Bearing Craters. lpod.org (27 августа 2004). Дата обращения: 4 ноября 2015. Архивировано 18 марта 2015 года.
- Raquel Nuno. Oblique Image of Concentric Crater. lroc.sese.asu.edu (13 августа 2013). Дата обращения: 4 ноября 2015. Архивировано 3 марта 2015 года.
- Sarah Braden. Concentric crater. lroc.sese.asu.edu (4 августа 2010). Дата обращения: 4 ноября 2015. Архивировано 24 октября 2015 года.
