|
Новый атлас поверхности Фобоса
|
|
|
|
Благодаря JAXA, Японскому агентству аэрокосмических исследований, и его возможностям по возврату образцов, мы находимся на пороге получения нашего первого образца из марсианской системы - не с самого Марса, а с его крупнейшего спутника, Фобоса. Миссия JAXA по исследованию марсианских лун (MMX) стартует в октябре. Она достигнет Фобоса в 2027 году и, в случае успеха, доставит образцы с Луны на Землю в 2031 году.
|
|
|
|
В рамках миссии по возвращению образцов проводится большая предварительная работа. Ученым необходимо глубокое понимание объекта, с которого они берут пробы, чтобы обеспечить контекст для их анализа. Для многих из нас одна порода во многом похожа на другую. Но для ученого даже несколько граммов реголита содержат информацию. Расшифровка этой информации в полном объеме может зависеть от контекста.
|
|
|
|
Два европейских исследователя создали атлас поверхности Фобоса, который поможет ученым понять деятельность MMX по сбору образцов.
|
|
|
|
Они представили это в исследовательском письме под названием "Динамическая поверхность Фобоса: морфодинамический атлас", опубликованном в журнале Earth and Planetary Science Letters.
|
|
|
|
|
|
|
Несмотря на то, что Фобос — довольно небольшой астероид, его диаметр составляет всего около 11 км (6,8 мили). У него интересная история, в которой мы пока не разобрались. Возможно, это астероид из обломков с тонкой корой, которая медленно разрушается под воздействием приливных сил Марса. Он похож на некоторые астероиды, а значит, может быть захваченным астероидом. Или же это спутник, образовавшийся из вещества, выброшенного на орбиту Марса в результате столкновения Марса с другим небесным телом. Возможно даже, что он появился в результате какого-то гибридного процесса.
|
|
|
|
Его загадочное происхождение говорит о том, в какой динамичной среде он находится.
|
|
|
|
«Фобос развивается в крайне динамичной среде, где движение поверхностных материалов определяется совокупным воздействием собственной гравитации, зависящих от времени марсианских приливов и инерционных сил», — пишут авторы. «В условиях столь низкой гравитации смещение рыхлых материалов, таких как реголит, нельзя объяснить только топографическим уклоном, поэтому для интерпретации морфологии поверхности Фобоса и поддержки миссии по исследованию марсианских спутников (MMX) под руководством Японского агентства аэрокосмических исследований необходим динамический подход».
|
|
|
|
То есть на Фобосе камни не просто скатываются вниз по склону, как на Земле. В этом процессе доминирует земная гравитация, а приливно-отливные явления не играют никакой роли. На Фобосе все устроено совсем по-другому, и исследователи создали свой атлас, чтобы проиллюстрировать движение материалов.
|
|
|
|
Для создания морфодинамического атласа исследователи взяли за основу цифровую модель рельефа (ЦМР) Фобоса. ЦМР отобразила все особенности поверхности спутника, в том числе борозды, линеаменты и оползни. Она также включала в себя участки с редкими ударными кратерами, доминирующий кратер Стикни и различные спектральные единицы.
|
|
|
|
На Фобосе есть множество свидетельств того, что поверхностный материал движется, и на таком маленьком теле гравитация — не единственная сила, которая приводит его в движение. «В условиях низкой гравитации на Фобосе стабильность и подвижность поверхностных материалов зависят не только от местного рельефа, но и от орбитальных и вращательных сил (центробежной, приливной и силы Кориолиса)», — пишут авторы.
|
|
|
|
Исследователи нанесли на карту векторы ускорения на поверхности Фобоса, и на основе этих карт были выявлены динамические особенности, при которых векторы располагались определённым образом.
|
|
|
|
Эти карты векторов ускорения и динамические особенности — лишь верхушка айсберга. Они «предоставляют информацию только о направлении локального ускорения относительно местного рельефа», — поясняют авторы. Это лишь поверхностный взгляд на движение реголита на поверхности Фобоса. Учёным пришлось копнуть глубже и учесть центробежные и приливные силы.
|
|
|
|
В ходе других исследований изучалась поверхность Фобоса и были выявлены зоны нестабильности, в которых материал может смещаться. Но никто не пытался определить, куда может переместиться этот материал. Поскольку MMX собирает всего около 10 граммов материала, можно предположить, что в прошлом он перемещался по поверхности. Атлас, учитывающий гравитацию, вращение и гравитационные приливы, покажет, как это происходило.
|
|
|
|
«Чтобы понять, как реголит перераспределяется по поверхности Фобоса, необходимо смоделировать динамическое движение поверхностного материала под воздействием гравитации, приливов, вращения, а также трения», — поясняют исследователи. Угол трения, как статический, так и динамический, определяет, насколько легко материал приходит в движение и какое расстояние он преодолевает, прежде чем остановиться.
|
|
|
|
Авторы использовали цифровую модель рельефа Фобоса и собственный код для моделирования движения материала по поверхности спутника. Задача модели заключалась не в том, чтобы выявить нестабильные участки, с которых может сошлифовать материал. Вместо этого она определила пути миграции реголита.
|
|
|
|
Модель выявила «... крупномасштабные когерентные динамические области и редкую сеть предпочтительных путей переноса реголита, которые мы назвали путями миграции реголита (ПМР)», — пишут авторы.
|
|
|
|
Концы ПМР соответствуют участкам с низким рельефом, спектрально нейтральным и гладкими. Это согласуется с гипотезой о том, что в течение длительного времени эти участки заполнялись реголитом, образуя осадочную мантию.
|
|
|
|
Участки с более неровным рельефом, множеством кратеров меньшего размера и «синими спектральными склонами» — это активные области, то есть участки, с которых уже сошёл рыхлый реголит. Спектральная неоднородность красного цвета отличается. Это неровные поверхности, на которых реголит практически не движется. Эти области более древние, и их поверхность не подвержена таким сильным изменениям.
|
|
|
|
«В совокупности эти закономерности указывают на то, что большую часть морфологии поверхности Фобоса и спектральной неоднородности можно объяснить долгосрочным перераспределением реголита под воздействием поля ускорения на поверхности вдоль линий максимального наклона», — поясняют исследователи.
|
|
|
|
При беглом взгляде на приведённый выше рисунок, без углублённого анализа, становится ясно, что линии максимального наклона проходят вдоль крупных кратеров.
|
|
|
|
«При таком строгом допущении (то есть при угле трения в 30 градусов) мы приходим к выводу, что: (i) нисходящий перенос ограничен внутренней частью крупных кратеров, а также восточным внешним склоном кратера Стикни; (ii) в большинстве динамических структур не наблюдается значительного переноса», — пишут авторы.
|
|
|
|
Исследователи также рассматривали вариант с углом трения в 14 градусов, который, по их словам, «не предназначен для моделирования современного спонтанного движения», но при этом позволяет выявить крупномасштабные линии максимального наклона, которые могли существовать в прошлом.
|
|
|
|
Что касается моделей с разными углами наклона, авторы пишут: «В совокупности эти траектории очерчивают динамически активные области, где длительное движение реголита может способствовать изменению рельефа поверхности, заполнению кратеров и возникновению спектральной и морфологической неоднородности».
|
|
|
|
Всё сводится к тому, чтобы понять, где именно на Фобосе будут взяты образцы для миссии MMX. MMX возьмёт два образца из ключевых областей Фобоса: один — вблизи точки, расположенной ближе к Марсу, а другой — вблизи точки, расположенной дальше от Марса. Эта работа показывает, что это «отдельные участки поверхности с разной историей формирования реголита».
|
|
|
|
В точке, расположенной ближе к Марсу, скапливается материал с восточного внешнего склона кратера Стикни и близлежащих территорий. Этот материал должен состоять из старого, хорошо перемешанного реголита, образовавшегося из разных источников. Он долгое время подвергался космическому выветриванию и имеет большой возраст.
|
|
|
|
В точке, расположенной дальше от Марса, реголит более подвижен. «Таким образом, образцы из этой области могут содержать более молодой, менее выветренный материал, который может содержать информацию о более первозданной поверхности Фобоса или о неглубоких слоях под поверхностью», — поясняют авторы.
|
|
|
|
Несмотря на тщательность исследования, авторы отмечают, что в их модели есть некоторые неизбежные упрощения. Например, она не учитывает влияние либрации Фобоса. Кроме того, модель не делает никаких предположений о «внутренней структуре поверхностного материала, его реологических свойствах или механических характеристиках». Это касается и вероятности слипания отдельных камешков, и других мелких деталей.
|
|
|
|
«В целом эта работа закладывает методологическую основу для интерпретации поверхностного переноса на Фобосе и для рассмотрения будущих образцов миссии MMX в более широком геоморфологическом и транспортном контексте», — заключают авторы.
|
|
|
|
Источник
|
