По сравнению с Землей Марс маленький, холодный, сухой и безжизненный. Но 3,4 миллиарда лет назад астероид-убийца вызвал марсианское мегацунами.
Ключевые выводы
- Хотя сегодня Марс холодный, маленький и безжизненный, когда-то он был очень похож на Землю, с континентами, океанами и, возможно, даже с ранними формами жизни.
- Однако марсианское прошлое было очень жестоким, из-за столкновений и космической погоды поверхность с сильными кратерами сохранилась до наших дней.
- Новые данные свидетельствуют о том, что 3,4 миллиарда лет назад в результате столкновения с астероидом образовался кратер шириной ~110 км и мегацунами, простирающееся примерно на 1500 км. Вот увлекательная история.
В Солнечной системе Марс и Земля - это две планеты-близнецы с похожей ранней историей, но очень разной недавней. На ранних стадиях Солнечной системы оба мира:
- выживший гигант, ранние удары,
- полученные луны, которые существуют до наших дней,
- обладал умеренными поверхностными условиями и плотной, но разреженной атмосферой,
- имели большое количество жидкой воды на их поверхности,
- и правильные общие условия - насколько мы их знаем - для возникновения жизни в течение более 1 миллиарда лет.
Однако с точки зрения эволюции эти два мира быстро разошлись. Здесь, на Земле, жизнь продолжала преобразовывать нашу биосферу и с тех пор сохранилась и процветала, в то время как на Марсе красная планета потеряла динамо-ядро, затем магнитное поле, а затем атмосферу и жидкие океаны.
Но до этого, примерно 3,4 миллиарда лет назад, астероид-убийца приземлился в марсианских океанах, образовав кратер шириной 110 километров и мегацунами высотой более четверти мили (~450 м), выброс валунов и других обломков на расстояние более 1500 километров от места столкновения. Наконец, теория и наблюдения сошлись воедино, чтобы завершить историю, проливая новый свет на марсианскую катастрофу, которая произошла миллиарды лет назад, когда Красную планету покрывали океаны жидкой воды.
Хотя сегодня Марс известен как замерзшая красная планета, у него есть все доказательства водянистого прошлого, которое длилось примерно 1 год.5 миллиардов лет Солнечной системы. Могла ли она быть похожей на Землю, вплоть до того, что на ней была жизнь, в течение первой трети истории нашей Солнечной системы?
Примерно четыре с половиной миллиарда лет назад планеты Солнечной системы начали обретать форму. Центральная протозвезда вырастет в наше Солнце, а окружающий протопланетный диск будет фрагментирован и сформирует наши планеты, их луны, пояс астероидов и Койпера. Планеты-гиганты сформировались первыми, вероятно, мигрируя внутрь и наружу и потенциально выбрасывая пятого, раннего члена нашей Солнечной системы. Остаток материи на раннем этапе сформировал несколько внутренних, каменистых, земных миров, включая Меркурий, Венеру и два мира - прото-Землю и прото-Марс, - которые вскоре подверглись массивным столкновениям.
В то время как столкновение гипотетического мира Тейи с Землей должно было привести к образованию нашей массивной Луны, столкновение с ранним Марсом фактически создало систему из трех лун: самого дальнего Деймоса, промежуточного Фобоса и самого внутреннего, большая луна, которая не сохранилась. Ближайшая луна в конце концов упала обратно на Марс, что объясняет, почему в современной марсианской системе есть только две маленькие луны; третий, более крупный, аналог гигантского спутника Плутона Харона, давным-давно упал на Марс, вероятно, после того, как гравитационно раскололся на кольцо обломков.
Вместо двух Лун, которые мы видим сегодня, столкновение, за которым последовал околопланетный диск, могло породить три луны Марса, из которых сегодня сохранились только две. Эта гипотетическая переходная луна Марса, предложенная в статье 2016 года, в настоящее время является ведущей идеей формирования спутников Марса.
Когда это большое количество массы упало обратно на Марс, это создало огромную разницу между двумя полушариями Марса. В одном полушарии Марса есть огромное нагорье, отличительной чертой которого являются кратеры и пересеченная местность. Эти нагорья, вероятно, были континентами в те времена, когда на Марсе были океаны, и представляют собой полушарие, где некоторые обломки могли упасть на него на этой ранней стадии, но не там, где упала большая часть массы.
Вместо этого полушарие, богатое низменностями, - на много километров ниже по высоте, чем полушарие, богатое горами, - вероятно, представляет собой место, где самая внутренняя луна (или большая часть ее массы) столкнулась с молодой красной планетой. создавая эту огромную разницу между полушариями. По мере накопления воды после этого события, создавшего топографию, она заполнила низменные районы, создав обширный марсианский океан. Между тем, хотя в горной местности, вероятно, были озера, реки и дожди, именно в низинах сохранились великие марсианские океаны.
Прибор Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA), входящий в состав Mars Global Surveyor, собрал более 200 миллионов измерений лазерного альтиметра при построении этой топографической карты Марса. Регион Тарсис (в центре слева) - это самый высокий регион на планете, а низменности показаны синим цветом. Обратите внимание на гораздо более низкую высоту северного полушария по сравнению с южным, что, как считается, возникло из-за отступления третьей, большой, бывшей марсианской луны.
Доказательства водянистого прошлого на Марсе - когда-то горячо оспариваемые - теперь неопровержимы: осадочные породы, высохшие русла рек с изгибами стариц и даже богатые солью отложения и гематитовые сферы, обнаруженные в много мест на поверхности. Однако доказательства существования этих древних океанов не были известны в то время, когда мы впервые приземлились на поверхность Марса. Тем не менее, то, что мы обнаружили на поверхности во время первой миссии «Викинг-1», стало огромным сюрпризом для тех ученых, которые специализировались на изучении Марса.
Еще до того, как «Викинг-1» приземлился, было известно, что место приземления, к которому он направлялся, будет близко к концу очень большого паводкового канала: Майя Валлес. Ученые ожидали найти геологические записи древнего мегапотопа с отложениями, которые мы находим на Земле везде, где наводнения происходили в прошлом. Ожидаемыми особенностями были такие вещи, как валуны, встроенные в отложенные отложения, и обтекаемые острова.
Но это было совсем не то. Вместо этого вокруг было много валунов, разбросанных поверх похожей на равнину структуры. Это не сходится, но всякий раз, когда присутствуют особенности, которые вы не можете объяснить, это явный намек на то, что перед вами стоит научная загадка, ожидающая своего решения.
Первые по-настоящему успешные спускаемые аппараты, «Викинг-1» и «Викинг-2», в течение многих лет возвращали данные и изображения, в том числе давали противоречивый сигнал, который, возможно, указывал на присутствие жизни на красной планете. Спустя десятилетия у нас до сих пор нет подтверждения того, был ли тот единственный успешный тест ложноположительным или нет, но местность с валунами остается загадкой.
Одним правдоподобным, хотя и весьма спекулятивным, объяснением может быть то, что действительно был древний мегапотоп, но что-то еще произошло постфактум, чтобы либо смыть, либо иным образом скрыть эти доказательства. Было высказано предположение, что большие валуны не встроены в верхний слой марсианской почвы, а находятся поверх него. То, что когда-то было землей, покрытой отложениями мегапотопа, покрыло своего рода толстые кратерные выбросы. Однако обследованных нами близлежащих кратеров было недостаточно, чтобы подтвердить эту гипотезу. На протяжении десятилетий это оставалось загадкой.
Прошло уже более 45 лет с тех пор, как состоялась посадка «Викинга-1», и в увлекательной новой статье, опубликованной в Nature Scientific Reports, авторы утверждают, что нашли потенциальное решение. Возможно, место посадки «Викинга-1» было расположено на границе океана/континента или рядом с ней в конце игры: когда на поверхности Марса все еще были океаны, но после того, как произошло мегапотоп, вызванный опустошением долины Майя. Если достаточно сильное столкновение столкнется с марсианским океаном - подобно знаменитому удару, который обрушился на Землю около 65 миллионов лет назад, - комбинация выброса кратера и связанного с ним мегацунами может стать потенциальным решением.
Здесь, на Земле, кратер Чиксулуб является одним из крупнейших древних ударных кратеров, когда-либо найденных, его диаметр составляет 180 километров. Столкновение с мелководьем океана вызвало массовое вымирание здесь, на Земле; образование кратера Пола на Марсе могло произойти примерно 3,4 миллиарда лет назад. Оба эти события, вероятно, были результатом возмущения объекта большой массивной планетой, а не просто случайностью.
Чего до сих пор не хватало, так это идентификации кратера, который мог быть причиной этого. Подобно тому, как открытие кратера Чиксулуб на Земле вместе со слоем обогащенного иридием пепла, обнаруженного на границе K-Pg, подтвердило и подтвердило картину того, что астероид спровоцировал 5-е крупное массовое вымирание нашей планеты с начала кембрийского взрыва, открытие кратера Поль, выделенное на изображении выше, может быть просто доказательством, которое склоняет чашу весов в пользу давнего гигантского столкновения с Марсом.
Кратер Поль примечателен во многих отношениях. Это:
- 110 километров в диаметре, что делает его большим ударным кратером,
- расположен в северной низменности в районе, который, как предполагается, был покрыт океаном до того, как Марс высох,
- в регионе, предположительно находящемся на океанских отмелях, примерно на 120 метров ниже уровня моря в то время,
- и, по-видимому, находится примерно в 900 километрах от места спуска посадочного модуля «Викинг».
Следующим шагом в проверке этой картины, который также предприняли авторы, было выполнение моделирования, моделирующего столкновения астероидов и комет на раннем, влажном Марсе, и изучение того, какие явления последовали за этим.
На этой топографической карте части марсианской поверхности показаны место спуска космического корабля "Викинг-1", Майя-Валлес и кратер Поль, включая огромные расстояния между ними. Кратер Поль может быть наиболее похожим на Чиксулуб отметиной, когда-либо идентифицированной на Марсе.
Исследование показало, что существует несколько моделей, которые соответствуют наблюдаемым данным, в зависимости от того, сильно или слабо земля сопротивлялась произошедшему удару. В обоих случаях столкновение должно было произойти примерно 3,4 миллиарда лет назад: до того, как Марс потерял свои океаны, но после многих древних событий, приведших к образованию океана в результате мегапотопа. В обоих случаях виновником будет астероид, размер которого варьируется от 3 до 9 километров, а общая энергия удара варьируется от 0,5 до 13 миллионов мегатонн в тротиловом эквиваленте.
Что было примечательно в этих симуляциях - по крайней мере, для меня, как ученого, не специализирующегося в этой области, - так это то, что они оба показали, что должно было образоваться замечательное, быстро распространяющееся цунами: в отличие от любого другого по масштабу или масштабу, когда-либо рассматривавшегося на марсианской поверхности. Как вы можете видеть из приведенных ниже графиков, волна достигла бы максимальной высоты от 400 до 500 метров (более четверти мили) над уровнем моря, включая подъем более чем на 200 метров выше нормы на сушу. Всего за несколько часов место посадки «Викинга-1» было бы затоплено, а в другом месте мегацунами достигло бы более 1500 километров от места удара.
Эти два графика, слева и справа, показывают максимальную высоту мегацунами и положение поверхности воды примерно через 20 минут (слева) и 8 часов (справа) после удара, образовавшего кратер Пола..
Это приводит к замечательной истории о том, как посадочный модуль Viking 1 стал обладать теми функциями, которые он имеет сейчас. Сначала Марс затопил, образовав океан, который покрыл низменное северное полушарие планеты. Во-вторых, произошло энергетическое столкновение между астероидом и Марсом, в результате чего выброс и цунами были настолько большими, что классифицируются как мегацунами. В-третьих, мегацунами переносит часть этого материала высоко на континентальные берега, откладывая его по мере отступления.
Затем проходит много времени, и моря начинают отступать: процесс, известный как морская регрессия. Ледники формируются в регионах, перемещаются, а затем тают, оставляя ряд более молодых отложений от мегацунами по всему региону, богатых выбросами от первоначального удара. Наконец, дополнительная вулканическая активность и образование кратеров возникают после того, как Марс теряет свою поверхностную жидкую воду, создавая среду, которую мы затем будем исследовать 3,4 миллиарда лет спустя: когда «Викинг-1» приземлился на Марсе. Стоит отметить, что более поздняя посадочная площадка миссии Mars Pathfinder, в том числе знаменитого первого марсохода Sojourner, находится за пределами предполагаемой области отложений этого мегацунами.
На этом шестипанельном рисунке показаны шесть последовательных стадий обломков, выбросов, мегацунами, отложений и последующей эволюции местности. Последняя панель иллюстрирует то, что оставалось на поверхности в то время, когда посадочный модуль «Викинг-1» собирал данные о поверхности Марса.
Объяснительная сила этого сценария столкновения и мегацунами огромна. Тот факт, что область, где приземлился посадочный модуль «Викинг-1», состоит из плохо отсортированных валунных отложений, в значительной степени согласуется с тем, что это набегающий селевой поток, подобный тому, который был бы отложен мегацунами. Та же физика отложения мегацунами проявляется в хорошо изученных явлениях на Земле, таких как отложение наносов при прибойных волнах и обычных, заурядных земных цунами.
Чего не хватает, однако, так это того, что в этом регионе не образовались каналы обратной промывки, чего можно было бы ожидать от мегацунами. Авторы утверждают, что самая дальняя часть мегацунами совпадает со старыми каналами оттока, что усложняет всю работу. Кроме того, глубина мегацунами в этих самых верхних пределах обычно меньше 10 метров, а замедление обычно невелико: всего около 0,1 градуса. Таким образом, возникающие обратные потоки будут слабыми и недостаточными, чтобы заставить валуноподобные отложения снова двигаться. Как говорят авторы:
«Другими словами, напорная и обратная струи асимметричны по соответствующим скоростям потока и энергии, доступной для переноса осадка».
На этих панелях показаны отмеченные цветом высоты мегацунами и топография поверхности регионов Марса, которые пострадали от удара кратера Пола. Площадка №1 соответствует спускаемому аппарату «Викинг»; сайт №4 соответствует миссии Mars Pathfinder.
В целом, это замечательная идея, которая может быстро стать новым консенсусом в объяснении особенностей и истории, которые привели к местности, которую испытал самый первый марсианский посадочный модуль НАСА: Викинг-1. Этот регион, так тщательно изученный с орбиты и вблизи, может представлять собой единственную область катастрофического наводнения на границе океана, которая все еще сохранялась на Марсе так поздно в игре: более чем через 1 миллиард лет после образования планеты. Что наиболее важно, недавно идентифицированный и названный кратер Пола может свидетельствовать о первом столкновении, подобном Чиксулубу, когда-либо обнаруженном на планете, отличной от Земли.
Мы уже очень давно знаем, что Солнечная система - это жестокое место, через которое со свистом проносятся ледяные, каменистые и даже металлические тела, способные звенеть, вдавливать или даже разрушать значительные части поверхность планеты. Впервые кусочки головоломки настолько хорошо сочетаются друг с другом, что мы реконструировали древнее столкновение с Марсом: то, которое вызвало мегацунами и - если в то время на поверхности Марса была жизнь - вполне могло спровоцировать массовое вымирание 3,4 миллиарда лет назад. Несмотря на свои небольшие размеры и низкую поверхностную гравитацию по сравнению с Землей, Марс по-прежнему оставался уязвимой целью для этих объектов. Наконец-то ответы на вопросы, заданные нашим первым спускаемым аппаратом на Марс, наконец-то получат ответы.