1. Научная деятельность
  2. Гранты РНФ
  3. Гранты РНФ
  4. Анализ свежеобразованных кратеров на Марсе

Анализ свежеобразованных кратеров на Марсе

Конкурс РНФ 2022 года:

«Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Проект № 23-27-00432

«Анализ свежеобразованных кратеров на Марсе»

Сроки выполнения проекта

2023-2024

Отрасль знаний

Науки о Земле

Руководитель проекта

н.c. Глазачев Дмитрий Олегович

Название организации

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского Российской академии наук

Объем финансирования

3 млн. рублей


Аннотация

    Проект направлен на решение фундаментальной проблемы, связанной с изучением физических свойств малых тел Солнечной системы, их взаимодействия с атмосферами планет и вопросами астероидно-кометной опасности. Исследование малых тел Солнечной системы является в настоящее время бурно развивающейся областью, что подтверждается проведением и планированием разнообразных космических миссий к малым телам (например, недавние миссии Науаbusa, Rosetta, и др.). В результате этих миссий, возросшей эффективности телескопов и мощности вычислительных средств получены новые знания о физических свойствах и статистических распределениях малых тел, приведшие к существенным изменениям в понимании происхождения и эволюции Солнечной системы в целом. Изучение взаимодействия космических объектов с атмосферой позволяет получить информацию о физических свойствах малых тел без проведения дорогостоящих космических миссий. Интерпретация падений космических объектов дает возможность получить информацию о физических свойствах и происхождении падающих тел, что важно для понимания происхождения, строения и эволюции Солнечной системы.

    Изображения Марса, полученные камерой HIRISE, дают возможность находить свежеобразованные кратеры и кластеры кратеров с оценкой момента их образования. На данный момент известно о существовании более 1200 недавно образованных мест падения метеороидов, изображения которых находятся в открытом доступе. Эти данные скрывают ценнейшую и уникальную информацию о свойствах популяции ударников и процессе их разрушения. Проект направлен на извлечение этой информации, создание каталога содержащего полную информацию о местах кратерах и кратерных полях, оценку свойств популяции ударников и деталей процесса разрушения. Адаптация имеющихся разработок о взаимодействии метеороида с земной атмосферой для условий на Марсе и их применение к кратерным полям даст возможность оценить как параметры метеороидов так и особенности их фрагментации.

    Как правило предполагается, что популяция импакторов на Марсе, как и на Земле, состоит из тел различного происхождения и с различными свойствами (происхождение, прочность, плотность), что должно приводить к формированию кратерных кластеров с заметно различающимся числом кратеров, с различными соотношениями между размерами образующихся при разрушении фрагментов, с разными размерами кратерных полей на различных высотах относительно среднего уровня поверхности Марса. В разреженной атмосфере Марса при более низкой скорости входа по сравнению с Землей разрушение протекает скорее всего в одну стадию в отличие от земных условий, тем не менее возникающее динамическое давление при входе в атмосферу достаточно для разрушения примерно половины падающих космических объектов. Оценка размеров всех ударников даст возможность оценить распределение метеороидов на Марсе по размерам в метровом диапазоне и сопоставить с земным распределением, проверить предположение, что тела, падающие на Марс и на Землю действительно представляют собой одну и ту же популяцию объектов.

при поддержке RNF.png

    Проект направлен на решение фундаментальной проблемы, связанной с изучением физических свойств малых тел Солнечной системы, их взаимодействия с атмосферами планет и вопросами астероидно-кометной опасности. Исследование малых тел Солнечной системы является в настоящее время бурно развивающейся областью, что подтверждается проведением и планированием разнообразных космических миссий к малым телам (например, недавние миссии Науаbusa, Rosetta, и др.). В результате этих миссий, возросшей эффективности телескопов и мощности вычислительных средств получены новые знания о физических свойствах и распределении малых тел, приведшие к существенным изменениям в понимании происхождения и эволюции Солнечной системы в целом. Изучение взаимодействия космических объектов с атмосферой позволяет получить информацию о физических свойствах малых тел без проведения дорогостоящих космических миссий. Адекватная интерпретация падений космических объектов дает возможность получить информацию о физических свойствах и происхождении падающих тел, что важно для понимания происхождения, строения и эволюции Солнечной системы.

    Изображения Марса, полученные камерой HIRISE, дают возможность находить свежеобразованные кратеры и кластеры кратеров с примерной оценкой момента их образования. На данный момент известно о существовании более 1200 недавно образованных мест падения метеороидов, изображения которых находятся в открытом доступе. Эти данные содержат ценнейшую и уникальную информацию о свойствах популяции ударников и процессе их разрушения. Проект направлен на извлечение этой информации, создание каталога содержащего полную информацию о местах кратерах и кратерных полях, оценку свойств популяции ударников и деталей процесса разрушения.

при поддержке RNF.png

    Основными методами при анализе кратеров и кластеров кратеров на Марсе будут обработка изображений с помощью свободно распространяемого матобеспечения (JMars), каталогизация данных о свежих кратерах на Марсе. Снимки, полученные в рамках проекта HIRISE выкладываются в открытый доступ, и в рамках нашего проекта предполагается создать базу данных кратеров и кластеров. Для поиска возможных зависимостей необходимо обработать изображения кратеров и кластеров кратеров, измерить их координаты и размеры. После составления каталога будет произведена оценка размеров фрагментов ударника и самого ударника с помощью известных соотношений подобия для размеров кратеров. Кроме того, будут оценены размеры кластеров. Следует подчеркнуть, что размеры кластера зависят от полноты нахождения всех его кратеров. Будут использованы статистический и корреляционный анализы, в распоряжении авторов проекта имеется разработанная ими программа, позволяющая выполнять статистический кластерный анализ в пакете Wolfram Matematica. Будут использованы методы математического моделирования и проведено сопоставление с существующими моделями взаимодействия метеороидов с атмосферой, в первую очередь с разрабатываемой в ИДГ РАН. Следует ожидать, что характеристики поля кратеров зависит от высоты разрушения метеороида, от его прочности и плотности, возможно состава, от реализуемого типа разрушения и других параметров. Наш проект направлен на поиск возможных зависимостей. Как уже упоминалось, кратерные поля используются для оценки траектории ударника, при этом в некоторых случаях есть возможность оценить направление полета по выбросам из кратеров. В случае косых ударов выбросы из образующегося кратера распределены ассиметрично и более выражены по направлению полета, поэтому при рассмотрении изображений будет оцениваться и распределение выбросов из кратеров. Кроме того, в некоторых случаях для определения азимута полета метеороида можно использовать пылевые следы на поверхности Марса - параболические элементы, которые рассматриваются как поверхностные записи взаимодействия атмосферных ударных волн.

при поддержке RNF.png

  • Глазачев Дмитрий Олегович
  • Подобная Елена Дмитриевна
  • Попова Ольга Петровна
  •    2023 г.

       Составлен расширенный каталог из 1438 недавних мест падения космических тел (КТ) на Марсе. Каталог включает обработанные нами снимки 245 новых мест падения, и каталог Daubar et al. (2022). 334 места падения, входящих в каталог Daubar et al. (2022), были нами измерены независимо. Для каждого места падения КТ фиксировались имя места падения (название снимка места падения, которое содержит данные об орбите, с которой он был сделан), координаты центра снимка, дата релиза снимка, его масштаб в см/пиксель, высота области расположения кластера над средней поверхностью Марса, список имен других снимков, на которых имеется данный кластер, а также размер и координаты кратеров в кластере. При измерении найденных мест падения мы использовали программу JMARS, которая позволяет спроецировать снимок орбитальной камеры на поверхность Марса, а затем измерить размер и координаты кратеров в кластере. Принадлежность кратеров к кластеру определялась по попаданию кратеров в зону удара, характерной свежей морфологии кратеров и/или совпадающему направлению выбросов. 

       Кластеры составляют 58% расширенного каталога и содержат от 2 до 2334 кратеров (в среднем 23 кратеров, медиана 9 кратеров). Эффективный диаметр кластера, (диаметр кратера, который был бы образован неразрушенным метеороидом) характеризует кластер как целое и используется для сравнения кластеров с одиночными кратерами. Эффективный диаметр составляет от 1 до 108 м со средним значением 8 м и медианой 6 м. Диаметр одиночных кратеров варьировался от 1 до 58 м со средним значением 7 м и медианой 5 м. Размеры кратерных полей (определяемые как среднее из всех возможных расстояний между парами кратеров в кластере) варьируются от 2 м до 2 км со средним значением в 90 м и медианой 60 м. 

       Были построены распределения кластеров и одиночных кратеров по размерам, для кластеров в качестве размера выбирался эффективный диаметр. Кластеры и одиночные кратеры описываются одним и тем же распределением по размерам. Данные нашего каталога дали возможность оценить показатель степени в дифференциальном и кумулятивном инкрементальном распределении кратеров по размерам как 2.7 и 2.2. Показатель степени в кумулятивном распределении ниже, чем предполагается в большинстве работ (от 2.7 до 4.6), но близок к оценкам, полученным по нерасширенному каталогу и выборкам из него (1.2 - 2.7). 

       Были построены кумулятивные распределения ударников по размерам и массам и аппроксимированы степенной зависимостью. Для распределения КТ по размерам показатель степени составил 2.0 для комет и 2.0 для астероидов. Для распределения масс КТ оценки показателя степени составляют примерно 0.7 для комет и 0.64 для астероидов. Полученные оценки находятся в хорошем соответствии с нашими оценками распределения кратеров по размерам и ниже независимых оценок распределения земных болидов по размерам. 

       Оценки, полученные с помощью моделирования входа тел 1-10 м в марсианскую атмосферу, показывают, что каменные тела с прочностями 0.1-1.5 МПа разрушаются в атмосфере на высотах от 0 до 30 км над средней поверхностью. Тела прочностью 1.5-3 МПа разрушаются ниже среднего уровня поверхности Марса. Еще более прочные объекты формируют одиночные кратеры на поверхности Марса. 

       Классификация и разделение на группы должны позволять выявлять закономерности в существующих кластерах. Опираясь на соотношение между размерами главного кратера в кластере и последующих, мы разделили рассматриваемые места падения на 6 групп, которые могут быть обобщены до 3х типов мест падения: доминирующий главный кратер, 2 сравнимых наибольших кратера и 3 и более сравнимых наибольших кратера, все три типа могут быть (или нет) дополнены заметно меньшими кратерами. Мы предполагаем, что выделенные группы могут соответствовать различным типам ударников и (или) различным типам разрушения метеороида в атмосфере.

       Публикации :

    1. Подобная Е.Д., Попова О.П., Иванов Б.А., Глазачев Д.О. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБНОВЛЕННОГО КАТАЛОГА НЕДАВНИХ МЕСТ ПАДЕНИЯ НА МАРСЕ. Динамические процессы в геосферах. 2023;15(4):72-82. https://doi.org/10.26006/29490995_2023_15_4_72

    2. Подобная Е.Д., Попова О.П., Иванов Б.А., Глазачев Д.О. Classification of fresh impact sites on Mars Proceedings of the 42nd International Meteor Conference, Redu, Belgium, August 31 – September 3, 2023, - (год публикации - 2024)

    при поддержке RNF.png

    По любым вопросам можно связаться с

    Глазачевым Дмитрием Олеговичем
    glazachevd@idg.ras.ru

        Наш адрес: 119334, Россия, Москва, Ленинский проспект, 38, корпус 1


    при поддержке RNF.png