Катастрофы в природе: удар из космоса. Факты, причины, гипотезы, последствия

Предполагается, что периодическое оттаивание части озёр в тропическом поясе Плутона может происходить в тот момент, когда планета ближе всего находится к Солнцу. Примерно восемьсот тысяч лет назад наклон оси вращения Плутона составлял 103 градуса и арктические зоны с мощным слоем льда стали тропическими. При этом часть азотного льда испарилась не сразу, образовав озёра и реки. В перемещениях вещества на поверхности Плутона задействован механизм конвекции, в котором переносчиком тепла является азот.

Луна. Это ближайший, наиболее исследованный и единственный космический объект Солнечной системы на котором побывал человек. Своей гравитацией Луна влияет на происходящие на Земле процессы и с древнейших времён она была под пристальным вниманием человека.

Программа пилотируемых космических полётов космического агентства США NASA «The Apollo Program» (1963—1972) принята в 1961 году с целью осуществления первой в мире пилотируемой высадки на Луну. 20 июля 1969 года в ходе полёта «Apollo 11» проведена высадка на поверхность Луны людей. Всего по программе Apollo совершены шесть успешных высадок астронавтов на лунную поверхность.

Со времен Галилея составляются карты Луны, тем не менее, о ней и происходящих на лунной поверхности явлениях известно сравнительно немного. Имеющиеся сведения получены в основном дистанционными методами – со спутников и наземными астрономическими наблюдениями. На Землю было доставлено несколько сот килограммов вещества с лунной поверхности, и они стали тем материалом, на котором основываются все современные гипотезы об образования Луны и составляющем её веществе.

В 1647 году польский астроном Ян Гевелий в сочинении «Селенография, или описание Луны» привёл карты и описание лунной поверхности. В 1651 году характерные геологические образования на лунной поверхности получили названия морей, которые употребляются и сегодня, несмотря на отсутствие в них жидкой воды.

Впервые моря появились на карте итальянцев Джованни Риччоли и Франческа Гримальди, которые ввели в практику наименование элементов лунного рельефа именами учёных. С тех пор под «морями» понимаются низменные тёмные области на лунной поверхности, которые являются остатками ударных кратеров залитых лавой.

Из них крупнейшим является Океан Бурь протяжённостью около двух тысяч километров. Поверхность морей пересечена складками, и на ней расположены округлые остроконечные возвышенности, представляющие собой вершины невысоких гор из затвердевшей лавы.

Характерные по своим очертаниям краевые зоны морей именуются заливами, а небольшие изолированные тёмные низменности – озерами. Круглые впадины, окруженные кольцевыми хребтами с поперечниками свыше 250—300 километров, именуются бассейнами. Они частично или полностью образованы лавами или иными породами, выравнивающими рельеф. Моря и озера занимают около 40% от всей видимой с Земли поверхности Луны, остальная часть представляет собой материк с различными ландшафтами.

На Луне бассейн Южный полюс-Эйткен это самый крупный ударный кратер размером 2400 х 2050 км, обнаруженный в Солнечной системе. Его глубина достигает восьми километров. Море Дождей также образовано в результате затопления лавой грандиозного ударного кратера возникшего из-за столкновения Луны с крупным астероидом или кометой около 3,85 млрд. лет назад. По мере наполнения лавой дно кратера сглаживалось, и образовалась относительно ровная поверхность площадью 829 тыс. кв. км.

Луна обладает разряженной атмосферой состоящей в основном из ионизированных атомов водорода, гелия, неона и аргона. Из-за слабой гравитации она не способна удерживать поднимающиеся с поверхности газы. Соответственно роль атмосферы в формировании лунных ландшафтов незначительна. Более существенны температурные перепады. Температура на её поверхности достигает в максимуме +122 градусов и в минимуме -169 градусов по Цельсию.

Отличительная черта Луны, делающая её похожей на лишенные атмосферы планеты Солнечной системы, это многочисленные ударные кратеры. Миллиарды лет лунная поверхность бомбардируется миллиардами малых и больших космических тел. Они сгладили изначальный рельеф образованный магматическими процессами. Поэтому вулканических кратеров намного меньше, чем ударных – всего около одного процента от всех обнаруженных.

Американский астронавт Харрисон Шмитт (Harrison Hagan Schmitt) собирает образцы лунного грунта во время миссии «Apollo 17» (1972).

Метеоритную бомбардировку можно отнести к основному экзогенному фактору, определившему видимый рельеф поверхности и оказывающий влияние на экзосферу Луны. Это своеобразная метеоритная эрозия, когда вторичными кратерами уничтожаются предыдущие следы ударов. Они перекрываются новыми выбросами лунного вещества, а изначальный рельеф кардинально сглаживается. Взятые с лунной поверхности образцы содержат следы ударов микроскопических метеоритов.

Первые панорамные фотографии с поверхности Луны получены 3 февраля 1966 года, когда советская космическая станция «Луна-9» села на её поверхность. Четыре месяца спустя фотографии лунной поверхности хорошего качества были переданы американской станцией «Surveyor 1» по программе «The Apollo Program». Телевизионная съемка началась сразу после её прилунения и велась до 7 января 1967 года. Отметим, на то время, несмотря на близость Луны, никто точно не знал, что происходит на её поверхности и из чего она состоит.

Спустя срок лет после советского аппарата «Луноход-2» на лунной поверхности приступил к исследованиям первый китайский луноход «Yutu» (Нефритовый заяц). В 2013 году в ходе миссии «Chang’e 3» Китайского национального космического управления (CNSA) на Землю переданы цветные фотографии ландшафтов лунной поверхности высокого качества.

В ходе миссии «Apollo 11» на Землю доставлены первые 22 килограмма лунного грунта. Затем были получены образцы советских станций по программе «Луна» (1970—1976). Всего с 1969 по 1972 годы в ходе шести пилотируемых высадок на Луну на Землю доставлены сотни килограмм лунной породы. К ним добавились 135 метеоритов с Луны найденных на Земле общим весом 55 килограммов. Это чрезвычайно мало для понимания геологии планеты, тем более происходящих на ней процессов.

Возраст самых «молодых» образцов базальтов лунных морей составляет 3,1 – 3,9 млрд. лет, когда на Земле уже появилась жизнь. Эндогенные процессы на Луне присутствуют, но уже не играют той роли в формировании рельефа как на момент формирования планеты. Тем не мене, исходя из данных полученных лунными сейсмическими станциями, они продолжаются в недрах спутника.

20 июля 1969 года произошло знаменательное событие. Впервые сейсмические наблюдения начали вестись вне Земли. Американскими астронавтами Нилом Амстронгом (Neil Alden Armstrong) и Базом Олдрином (Edwin Eugene Aldrin), во время экспедиции «Apollo 11» в Море Спокойствия в 168 метрах от лунного модуля была установлена первая в мире инопланетная сейсмическая станция. Станция проработала около месяца позволив обнаружить лунотрясения, а также то, что падение метеоритов вызывает долго незатухающие сейсмические колебания на спутнике.

В ноябре 1969 года экспедиция «Apollo 12» смогла провести более длительные сейсмические наблюдения на Луне. Затем экспедициями 14, 15 и 16 на видимой стороне установлены ещё три высокочувствительные сейсмические станции. Во время экспедиции «Apollo 12» зарегистрировано много лунотрясений, природа которых была связана как с тектоническими процессами и воздействием на Луну земных приливов, так и с ударами метеоров о её поверхность.

Самое первое записанное лунотрясение вызвал посадочный модуль. Удар 2,5 тонного аппарата «Apollo 12» на первой лунной космической скорости (1,7 км/с) был эквивалентен взрыву 800 килограммов тротила. С поверхности поднялось многотонное облако пыли, а через 23,5 секунды волны от удара записал сейсмометр.

Колебания лунного грунта продолжалось около часа, что стало сюрпризом для исследователей. Оказалось, что в отличие от Земли на Луне возникают долго незатухающие колебания, подобно тому, как если это был колокол.

Многолетние сейсмические наблюдения позволили зарегистрировать тысячи лунотрясений. Они были подразделены на четыре типа – метеоритные, приливные, тектонические и термальные. Помимо обнаружения лунотрясений американские астронавты смогли провести первую сейсморазведку на Луне.

На профилях длиной в несколько десятков метров через каждые 4—5 метров они производили вручную удары по лунному грунту, и записывали сигналы. На первых инопланетных профилях также устанавливались специальные заряды, подрывавшиеся по команде с Земли, но уже без космонавтов на Луне.

13 мая 1972 года в 142 километрах от лунной сейсмостанции на скорости 20 км/с упал метеорит диаметром в два метра. Удар от него был настолько силён, что образовался кратер диаметром в сто метров. Сейсмометры на двух сейсмостанциях расположенных в 967 километрах и 1026 километрах от места падения метеорита зашкалили, но смогли записать лунотрясение. После обработки сейсмограмм было обнаружено существование у Луны коры. Она оказалась слоистой и сложенной из кальциево-алюминиевых пород с высокими градиентами скоростей.

Еще недавно казалось, что исследования сейсмичности Луны представляют чисто научный интерес, однако планы организовать на этой планете обитаемые станции перевели их в разряд практически важных. В 1972—1977 годах на Луне зарегистрировано несколько лунотрясений магнитудой около 5,5 по шкале Рихтера. Если подобное лунотрясение произойдет вблизи от лунной станции, то она может не выдержать сейсмического удара.

Церера. Это ближайшая к Солнцу и наименьшая среди известных карликовых планет Солнечной системы диаметром около 950 км находится в поясе астероидов и классифицирована как путиноид. На 30—40% состав приповерхностного слоя планеты состоит из водяного льда, а остальная часть образована силикатными породами.

Считается, что после приобретения сферической формы на планете началась гравитационная дифференциация внутренней структуры. Более тяжёлые породы переместились в центральную часть, а более лёгкие сформировали поверхностный слой. Предположительно он представляет собой смесь водяного льда с набором различных других веществ. Возможно, Церера имеет каменное ядро и ледяную мантию, а под её поверхностью находится жидкая вода.

На поверхности планеты проступают белые пятна. Эту окраску им придаёт сульфат магния, и особенность приповерхностного слоя состоящего из смеси соли и воды. Они отражают 50% падающего солнечного света, что и выделяет их от других участков.

В январе 2014 года обнаружен криовулканизм на планете. По данным миссии NASA «Dawn» (2007) на планете найден ударный кратер Haulani диаметром 34 километра. На его склонах видны следы оползней и области, где возможно осуществлялся подъём вещества из недр на поверхность. Внутри кратера выделяется куполообразное поднятие окруженное белыми пятнистыми кластерами.

В другом ударном кратере Occator выявлена контрастная область, видимо появившаяся из-за гидротермальной активности. Диаметр кратера Oxo около десяти километров. Это второй по яркости объект на этой планете. Возможно, он возник из-за опускания локального участка поверхности планеты. В нём обнаружен лёд из воды или гидратов, возможно, оказавшихся на поверхности из-за оползня вызванного метеоритным ударом.

Ганимед. Это один из 63-х известных спутников Юпитера самые крупные это Ганимед, Европа, Ио и Каллисто. Ганимед крупнейший спутник в Солнечной системе. Он на 8% больше Меркурия и в два раза превышает по массе Луну. У Ганимеда есть разряженная атмосфера и магнитосфера.

Спутник образован из почти равного количества силикатных пород и водяного льда. У него жидкое ядро, а на глубине около двухсот километров между слоями льда, возможно, есть океан жидкой воды. Поверхность планеты почти полностью покрыта водяным льдом, и на ней обнаружены следы активных тектонических процессов. Предполагается, что на Ганимеде есть криовулканизм.

Около 33% поверхности спутника занимают тёмные области возрастом около четырёх миллиардов лет с многочисленными ударными кратерами. Одним из крупнейших древних кратеров является Memphis Facula диаметром 360 километров. В глубоких, более молодых кратерах, обнажёны пласты белого льда.

Остальная часть поверхности Ганимеда это относительно молодые светлые области покрытые бороздами и хребтами. Их протяженность достигает тысяч километров, а ширина десятков километров с глубиной в несколько сотен метров. Особенности ландшафта связываются с приливным разогревом недр спутника из-за орбитального резонанса с двумя другими спутниками Юпитера – Европой и Ио.

На возможность конвекции в жидком ядре, богатом железом, указывает надёжно установленный факт наличия магнитосферы у Ганимеда. Он медленно остывает и идущее от ядра и силикатной мантии тепло, возможно, позволяет существовать подземному океану, а конвекция в жидком ядре поддерживает генерацию собственного магнитного поля.

Европа (Юпитер II). Несмотря на название он мало похож на свой земной аналог, будучи охлаждённым до -190 градусов по Цельсию. Этот шестой спутник Юпитера обладает сильно разряжённой кислородной атмосферой, в основном состоит из силикатных пород и обладает железным ядром. Его тектоническая активность обусловлена приливными деформациями из-за притяжения Юпитера. Сведения о ней получены благодаря миссии зонда NASA «Galileo» (1989—2003).

Поверхность Европы одна из самых ровных в Солнечной системе. На ней выступают немногочисленные холмы высотой в сотни метров. Малое число сохранившихся ударных кратеров объясняется гипотезой наличия под поверхностью Европы океана жидкой воды. Они скрываются извергающейся криовулканами и твердеющей на поверхности водой.

На Европе наблюдаются выпуклые и вогнутые образования, которые могли сформироваться в результате процессов, аналогичных лавовым излияниям. Их вершины схожи с окрестными равнинами, что может быть объяснено тем, что они образовались при подъёме их локальных участков. Встречаются обширные тёмные образования неправильной формы, возможно образовавшихся при расплавлении поверхности под действием приливов океана или выхода вязкого льда на поверхность.

В отдельных случаях обнаруживается, что некогда лёд был расплавлен и в воде плавали крупные ледяные глыбы. Возможно, это происходило при падении астероидов и метеоритов, удар которых приводил к расплавлению локальных участков поверхности, а затем их быстрому замерзанию.

Особенностью рельефа Европы является ударный кратер Pwyll диаметром 26 километров. Внутри него находится возвышенность высотой 600 метров, что на триста метров выше кольцевого вала. Она видимо возникла из-за выброса вязкого льда или воды через отверстие пробитое астероидом. Этот кратер считается одним из самых молодых образований на поверхности Европы.

Ио. Диаметр спутника Юпитера составляет 3642 километра, что сопоставимо с размерами земного ядра. Его образование произошло примерно 4,5 млрд. лет, как и планеты-гиганта.

Ио одна из самых вулканически активных планет в Солнечной системе с быстро меняющейся топографией. На поверхности спутника обнаружены сотни вулканов, горных образований, много равнинных поверхностей и лавовых потоков, протяженность которых достигает сотен километров. Из-за вулканов за планетой тянется плазменный шлейф из ионизированных атомов кислорода и серы и нейтральных облаков атомарных натрия и калия.

Вулканы выбрасывают газы на высоту трёхсот километров, а рельеф образуют многочисленные лавовые озера и реки. Крупнейшее лавовое море возле вулкана Loki имеет размер двадцати километров в поперечнике. В его центре находится остров из твёрдой серы. Вулканическая деятельность Ио питается энергией гравитационного воздействия Юпитера и других его спутников – Ганимеда и Европы. Приливные силы циклически сжимают и разжимают её литосферу, тем самым разогревая недра с выделением огромной энергии до 60—80 миллионов МВт.

Горные образования на планете достигают огромной высоты. К примеру, высота горы Euboea более десяти километров. Предположительно она сформировалась из-за мощного оползня объёмом в 25 миллиардов кубокилометров, и сопоставим с теми, которые формируют склоны долин Маринер вокруг горы Олимп на Марсе или с подводными оползнями на Земле.

Горный массив Euboea имеет форму огромного 175 х 240 км футбольного поля. Его на две части её делит изогнутый хребет – приподнятый и наклонившийся на шесть градусов цельный блок материала коры. Им и был спровоцирован мощный оползень на северной стороне горы.

Общий механизм трансформации поверхности Ио связан с просадочными процессами, когда его отельные части погружаются в недра, а более молодые выталкиваются вверх. Этот процесс и непрерывная вулканическая переработка материала поверхности планеты уничтожает следы падения метеоритов на планету.

Каллисто. Это второй по размеру спутник Юпитера обладает разрежённой атмосферой из углекислого газа. Он образован из примерно равного количества водяного льда и горных пород, а также включений различных замёрзших газов. Наиболее древние равнины имеют возраст примерно 4,5 миллиарда лет, а более молодые – от одного до четырёх миллиардов лет.

Из-за удалённости Каллисто от Юпитера она не подвергалась существенному приливному разогреву и не находится в орбитальном резонансе с другими крупными спутниками – Ганимедом, Европой и Ио.

Ландшафты Каллисто это покрытые многочисленными ударными кратерами разноцветные равнины. Небольшие яркие пятна чистого водяного льда хаотично перемешаны с участками покрытыми смесью камней и льда, Предполагается более светлые получили свою окраску из-за выбросов льда при астероидных и метеоритных ударах.

Яркие и гладкие равнины не имеют признаков тектонического или вулканического происхождения. Небольшие тёмные сглаженные районы площадью менее десяти тысяч квадратных километров граничащие с пересечёнными участками, возможно, своим происхождением обязаны криовулканизму.