Причина образования кратеров на луне. Лунные моря и кратеры

Государственное казённое

общеобразовательное учреждение Калужской области

«Калужская общеобразовательная школа – интернат № 5 имени

для обучающихся с ограниченными возможностями здоровья»

Как образовались кратеры на Луне?

Работа выполнена учениками 6 «а» класса:

Руководители:

Калуга, 2017

Введение................................................................................. 3

Глава I. Теоретическая часть..................................................5

Типы кратеров …....................................................................5

Ударные кратеры.....................................................................5

Формирование кратеров……….............................................6

Глава II. Практическая часть…………………………….....10

Эксперимент............................................................................10

Основные выводы.................................................................13

Использованная литература…………………………..……14

Введение

Галилео Галлилей в 1609 году направил телескоп на Луну и обнаружил, что поверхность Луны не гладкая. На Луне есть горы, кратеры: лунная поверхность рельефна. Последующие исследования показали, что «поверхность Луны можно разделить на два типа: очень старая гористая местность (лунный материк) и относительно гладкие и более молодые лунные моря. Лунные «моря», которые составляют приблизительно 16 % всей поверхности Луны,- это огромные кратеры, возникшие в результате столкновений с небесными телами, которые были позже затоплены жидкой лавой» .

С конца 1780-х годов для объяснения происхождение кратеров, были выдвинуты две основные гипотезы - вулканическая и метеоритная.

Согласно постулатам вулканической теории, выдвинутой в 80-х годах XVIII века немецким астрономом Иоганном Шрётером, лунные кратеры были образованы вследствие мощных извержений на поверхности. Но в 1824 году также немецкий астроном Франц фон Груйтуйзен сформулировал метеоритную теорию, согласно которой при столкновении небесного тела с Луной происходит продавливание поверхности спутника и образование кратера.

Долгое время сторонники двух теорий происхождения кратеров ожесточенно спорили, но последующие исследования и особенно полеты к спутнику Земли с 1964 года подвели итог этому спору о происхождении кратеров на Луне: лунные кратеры образовались в результате столкновения с небесными телами.

Цель работы:

Проверить правильность метеоритной теории происхождения кратеров. Узнать, каким образом образуются кратеры, от чего зависят размеры и глубина кратеров.

Задачи работы:

1. Изучить типы кратеров и принципы их образования.

2. Провести эксперимент, из наблюдений сделать вывод.

Методы работы:

опытно-экспериментальные.

Оборудование:

мука, какао, предметы разных размеров и с разным объемом, фотоаппарат.

I Теоретическая часть

Типы кратеров

Слово «кратер» имеет разное значение. Это и сосуд, и название созвездия, и имя полководца. Но кратер также обозначает углубление на поверхности.

Кратер - форма рельефа, углубление в поверхности земли или на вершине горы.

Кратеры могут быть вулканическими, ударными, эрозийными, взрывными, лунными.

Вулканический кратер - углубление на вершине или склоне вулканического конуса (см. также: кальдера).

Ударный кратер (метеоритный кратер) - углубление на поверхности космического тела, результат падения другого тела меньшего размера.

Эрозийный кратер - углубление эрозийного происхождения.

Взрывная воронка - углубление в земле от взрыва обычного или ядерного боеприпаса . Лунный кратер - углубление на поверхности Луны.

Ударные (лунные) кратеры

«Лунным кратером называется чашеобразное углубление на поверхности Луны, имеющее сравнительно плоское дно и окруженное кольцевидным приподнятым валом. В соответствии с современными представлениями абсолютное большинство лунных кратеров являются кратерами ударного типа.»

Такое определение лунного кратера дает современная наука. Лунный кратер - это ударный кратер. А ударный кратер возникает в результате падения тел меньшего размера на поверхность.

Космические исследования показали, что ударные кратеры - самая распространённая геологическая структура в Солнечной системе. Такие образования встречаются не только на луне, но и на Земле, Меркурии, Марсе.

Геологическое строение

Структура кратеров определяется энергией соударения метеорита с поверхностью (зависящая, в свою очередь, от массы и скорости космического тела, плотности атмосферы), углом встречи с поверхностью и твёрдостью веществ, образующих метеорит и поверхность.

При касательном ударе возникают бороздообразные кратеры небольшой глубины со слабым разрушением подстилающих пород, такие кратеры достаточно быстро разрушаются вследствие эрозии. Примером может служить кратерное поле Рио Кварта в Аргентине, возраст которого составляет около 10 тысяч лет: самый крупный кратер поля имеет длину 4,5 км и ширину 1,1 км при глубине 7-8 м.

Структура обычного и крупного кратеров.

Когда направление столкновения вертикальное, возникают округлые кратеры, структура которых зависит от их диаметра. Небольшие кратеры (диаметром 3-4 км) имеют простую чашеобразную форму, их воронка окружена валом, образованным задранными пластами подстилающих пород (цокольный вал), перекрытый выброшенными из кратера обломками (насыпной вал, аллогенная брекчия). Под дном кратера залегают аутигенные брекчии - породы, раздробленные и частично метаморфизированные при столкновении; под брекчией расположены трещиноватые горные породы. Отношение глубины к диаметру у таких кратеров близко к 1⁄3, что отличает их от кратерообразных структур вулканического происхождения, у которых отношение глубины к диаметру составляет около 0,4.

При больших диаметрах возникает центральная горка над точкой удара (в месте максимального сжатия пород). При ещё больших диаметрах кратера (более 14-15 км) образуются кольцевые поднятия. Эти структуры связаны с волновыми эффектами (подобно капле, падающей на поверхность воды). С ростом диаметра кратеры быстро уплощаются: отношение глубина/диаметр падает до 0,05-0,02.

Размер кратера может зависеть от мягкости поверхностных пород (чем мягче, тем, как правило, меньше кратер).

На космических телах, не обладающих плотной атмосферой, вокруг кратеров могут сохраняться длинные «лучи» (образовавшиеся в результате выброса вещества в момент удара).

При падении крупного метеорита в море могут возникать мощные цунами (например, юкатанский метеорит, согласно расчётам, вызвал цунами высотой 50-100 м).

Метеориты массой свыше 1000 тонн практически не задерживаются земной атмосферой; метеориты меньшей массы могут существенно тормозиться и даже полностью испаряться, не достигая поверхности.

У старых астроблем видимая структура кратера (горка и вал) зачастую разрушена эрозией и погребена под наносным материалом, однако по изменениям свойств подстилающих и перенесённых горных пород такие структуры достаточно чётко определяются сейсмическими и магнитными методами.

Формирование кратера

Средняя скорость, с которой метеориты врезаются в поверхность Земли, составляет около 20 км/с, а максимальная - около 70 км/с. Их кинетическая энергия превышает энергию, выделяющуюся при детонации обычной взрывчатки той же массы. Энергия, выделяющаяся при падении метеорита массой свыше 1 тыс. тонн, сравнима с энергией ядерного взрыва. Метеориты такой массы падают на Землю довольно редко.

При встрече метеорита с твёрдой поверхностью его движение резко замедляется, а вот породы мишени (места, куда он упал), наоборот, начинают ускоренное движение под воздействием ударной волны. Она расходится во все стороны от точки соприкосновения: охватывает полусферическую область под поверхностью планеты, а также движется в обратную сторону по самому метеориту (ударнику). Достигнув его тыльной поверхности, волна отражается и бежит обратно. Растяжения и сжатия при таком двойном пробеге обычно полностью разрушают метеорит. Ударная волна создает колоссальное давление - свыше 5 миллионов атмосфер. Под её воздействием горные породы мишени и ударника сильно сжимаются, что приводит к взрывному росту температуры и давления, в результате чего в окрестностях соударения горные породы нагреваются и частично плавятся, а в самом центре, где температура достигает 15 000 °C, - даже испаряются. В этот расплав попадают и твердые обломки метеорита. В результате после остывания и затвердевания на днище кратера образуется слой импактита (от англ. impact - «удар») - горной породы с весьма необычными геохимическими свойствами. В частности, она весьма сильно обогащена крайне редкими на Земле, но более характерными для метеоритов химическими элементами - иридием, осмием, платиной, палладием. Это так называемые сидерофильные элементы, то есть относящиеся к группе железа (греч. σίδηρος).

При мгновенном испарении части вещества происходит образование плазмы, что приводит к взрыву, при котором породы мишени разлетаются во все стороны, а дно вдавливается. На дне кратера возникает круглая впадина с довольно крутыми бортами, но существует она какие-то доли секунды - затем борта немедленно начинают обрушиваться и оползать. Сверху на эту массу грунта выпадает и каменный град из вещества, выброшенного вертикально вверх и теперь возвращающегося на место, но уже в раздробленном виде. Так на дне кратера образуется брекчия - слой обломков горных пород, сцементированных тем же материалом, но измельчённым до песчинок и пылинок. Столкновение, сжатие пород и проход взрывной волны длятся десятые доли секунды. Формирование выемки кратера занимает на порядок больше времени. А ещё через несколько минут ударный расплав, скрытый под слоем брекчии, остывает и начинает быстро затвердевать. На этом формирование кратера заканчивается.

При сильных столкновениях твёрдые породы ведут себя подобно жидкости. В них возникают сложные волновые гидродинамические процессы, один из характерных следов которых - центральные горки в крупных кратерах. Процесс их образования подобен появлению капли отдачи при падении в воду небольшого предмета. При крупных столкновениях сила взрыва столь велика, что выброшенный из кратера материал может даже улететь в космос. Именно так на Землю попали метеориты с Луны и с Марса, десятки которых обнаружены за последние годы.

Пиковые значения давлений и температур при столкновении зависят от энерговыделения, то есть скорости небесного тела, при этом часть выделившейся энергии преобразуется в механическую форму (ударная волна), часть - в тепловую (разогрев пород вплоть до их испарения); плотность энергии падает при удалении от центра соударения. Соответственно, при образовании астроблемы диаметром 10 км в граните соотношение испарённого, расплавленного и раздробленного материала составляет примерно 1:110:100; в процессе образования астроблемы происходит частичное перемешивание этих преобразованных материалов, что обуславливает большое разнообразие пород, образующихся в ходе ударного метаморфизма.

Согласно международной классификации импактитов (International Union of Geological Sciences, 1994 г.), импактиты, локализованные в кратере и его окрестностях, делятся на три группы (по составу, строению и степени ударного метаморфизма):

Импактированные породы - горные породы мишени, слабо преобразованные ударной волной и сохранившие благодаря этому свои характерные признаки;

Расплавные породы - продукты застывания импактного расплава;

Импактные брекчии - обломочные породы, сформированные без участия импактного расплава или с очень небольшим его количеством.

Образование ударного кратера

II Практическая часть

Эксперимент

Наша группа решила экспериментально проверить, как образуются кратеры на поверхности Луны. Действительно ли, как утверждает теория, кратеры на поверхности образуются в результате столкновения метеоритов с поверхностью Луны.

Для решения этой задачи необходимо провести эксперимент . Основная идея состоит в том, что нам необходима поверхность, похожая на поверхность Луны, и твердые предметы, которые будут играть роль метеоритов. Таким образом, мы сможем смоделировать процессы, происходящие во время столкновения. Конечно, необходимо учесть, что во время попадания метеоритов в атмосферу земли они нагреваются. Но насколько мы знаем, у Луны нет атмосферы, и, следовательно, метеориты при падении не нагреваются, а энергия выделяется только при столкновении с поверхностью Луны. Эксперимент мы проводим на Земле в присутствии воздуха, но нам кажется, что влияние воздуха на процесс незначительное. Поэтому в нашем эксперименте мы сопротивление воздуха не учитываем.

Для этого эксперимента необходимы речной песок, мука, какао-порошок и предметы разных размеров.

Муку необходимо высыпать горочкой на поднос, подровнять поверхность. С помощью ситечка необходимо высыпать какао-порошок по всей поверхность муки. Далее необходимо кидать вертикально или под углом предметы с разной высоты и с разной начальной скоростью. Во втором варианте эксперимента муку необходимо горкой высыпать на песок и проделать те же самые действия, что и в первом случае.

Результаты эксперимента были сфотографированы.

Основные выводы

Согласно проведенному эксперименту можно сделать следующие выводы:

· Размеры кратеров зависят от размеров падающих тел.

· Глубина кратера зависит от массы падающего тела, а также от его скорости.

· Ну и мы можем дать утвердительный ответ на наш поставленный вопрос: кратеры на Луне возникают в результате столкновения небесных тел с поверхностью Луны. Лунные кратеры относятся к ударному типу кратеров.

Конечно, необходимо признать, что проведенный эксперимент дает ответ на общие вопросы, и для уяснения всех причин и механизмов кратерообразования необходимо провести еще дополнительные эксперименты.

Использованная литература:

1. ru. wikipedia. org

2. cse. ssl. berkeley. edu

Исследователи обнаружили, что в то время как оба полушария Луны обладают 12 кратерами в регионах уменьшения толщины коры в 200 километров диаметром, ближайшие кратеры однозначно крупнее. Ученые представили свою работу в последнем номере Science.

Хотя восемь бассейнов на ближней стороне обладают диаметром 320 километров, только один кратер такого размера обнаружен на дальней стороне. Моделирование показало, что разница в размерах не должна превышать 1-2 процента. Откуда же такое несоответствие?

Около 4 миллиардов лет назад непропорционально большое число астероидов прокатилось по Солнечной системе, столкнувшись с Меркурием, Венерой, Землей и Марсом. Позднее его назвали «поздняя тяжелая бомбардировка». Серьезно. Луна получила серьезный удар. Настолько серьезный, что поздняя тяжелая бомбардировка для Луны стала лунным катаклизмом.

Милькович и ее команда утверждают, что вулканическая активность, которая возникла в период этого катаклизма, привела к тому, что верхняя мантия на ближайшей к нам стороне Луны стала теплее, чем на обратной. Нагрев привел к тому, что геология Луны стала более восприимчивой к расширению после удара астероида. Холодная сторона луны после столкновения с астероидом и возникновения кратера коллапсировала, «в результате чего диаметр утонченной коры был меньше, чем диаметр переходного кратера».

Моделирование это подтвердило. Выше слева показано холодное дальнее полушарие в течение двух часов после столкновения с 30-километровым астероидом, вошедшим на скорости 10 км/с 4 миллиарда лет назад. Моделирование справа показывает два часа столкновения с теплым полушарием. Симуляция подтвердила, что на дальней стороны образовывались бассейны по диаметру в два раза меньше, чем на ближней.

Такого типа могут помочь ученым нарисовать четкую картину истории Луны, а также рассказать многое об эволюции Солнечной системы в целом. В частности, ученых интересуют загадки и . Команда Милькович утверждает, что поскольку температура ближней части Луны не представляет температуру Луны в целом, истинные масштабы поздней тяжелой бомбардировки были преувеличены. Кроме того, лучшее понимание геологических процессов на Луне может понадобиться во время анализа бассейнов других планет — Марса, Меркурия, Венеры или даже Земли.

Милькович уверена в данных миссии «Грааль»:

«Для того, чтобы проверить расчетно-теоретические работы, мы должны сравнивать и сопоставлять данные с планетарных миссий», - говорит она. - «В будущем нашу работу можно распространить и на другие планетарные тела».

Как образовались лунные кратеры

Со времени открытия кольцеобразных гор (кратеров) на Луне Галилеем в 1610 г. ученых не оставлял вопрос об их происхождении. На его решение ушло три с половиной столетия. Представлялось удивительным обилие кольцевых гор на Луне и полное отсутствие их на Земле. Какие причины могли привести к их образованию?

Размеры лунных кратеров (см. фото) были самые разнообразные: от 200-километровых гигантов, как Байи, Гримальди, до находившихся на пределе различимости, который зависел от мощности телескопа (у наиболее мощных современных телескопов он составлял 1 км).

Лунная поверхность резко подразделялась по рельефу на два типа: сравнительно светлые возвышенности, получившие название «материков», и обширные темные гладкие пространства, которые были названы «морями». Несомненно, в начальный период исследования Луны их и считали морями, но, как только астрономы поняли, что Луна лишена атмосферы, название «моря» приобрело условный характер.

Дело в том, что жидкая вода может существовать только при вполне определенных давлениях атмосферы. По мере понижения давления точка кипения воды понижается (это явление хорошо знакомо альпинистам) и при некотором критическом давлении достигает точки плавления льда. Это давление близко к 10 мбар. Поэтому даже на Марсе, где среднее давление атмосферы равно 6 мбар, жидкая вода существовать не может; твердая фаза воды (лед) непосредственно переходит там в газообразную (пар) и обратно.

На Луне ситуация несколько иная. Там атмосферы нет, давление практически равно нулю и даже лед, если бы он там был, должен был бы постепенно испариться под действием солнечных лучей, а пар из-за малой силы тяжести должен был рассеяться, улетучиться в мировое пространство, как улетучилась когда-то вся лунная атмосфера. Так что на Луне (по крайней мере, на ее поверхности) нет и воды.

Лунные «моря» хорошо видны даже невооруженным глазом, особенно в полнолуние. Они образуют на лунном диске характерные фигуры, которые одним кажутся похожими на двух людей, другим - на человеческое лицо, третьим - на зайца. Уже в хороший бинокль видны крупнейшие кратеры. Они лучше различимы в фазах первой или последней четверти, когда солнечные лучи освещают поверхность Луны под косым углом и кратеры (а также горные хребты, имеющиеся на Луне) отбрасывают длинные тени.

В телескоп можно заметить, что на «материках» кратеров значительно больше, чем на «морях». Это связано с тем, что «материки» - более древние образования, чем «моря». В настоящее время природа тех и других, равно как и лунных кратеров, выяснена окончательно. Но для этого потребовалось полтора столетия напряженных усилий.

«Столетняя война» гипотез

Для объяснения происхождения лунных кратеров было выдвинуто немало гипотез. Большинство из них быстро сошло со сцены, предоставив ее двум основным «соперницам»: вулканической и метеоритной гипотезам. Сторонники этих двух гипотез, сменяя друг друга, вели между собой, по меткому выражению испанского астронома А. Палюзи-Бореля, «столетнюю войну». (В действительности эта борьба продолжалась около 150 лет, но ведь и историческая столетняя война между Англией и Францией длилась 116 лет).

Вулканическая гипотеза старше своей соперницы, хотя ненамного. Впервые ее высказал в конце 80-х годов XVIII в. немецкий астроном И. Шретер. По его мнению, кольцеобразные горы на Луне были созданы силами, исходившими из недр лунного шара и проявлявшимися в виде извержений. Возможность вулканических извержений на Луне предполагал в те же годы известный английский астроном В. Гершель. Правда, никаких доказательств столь активного вулканизма на Луне (хотя бы в прошлом) никто из них привести не мог.

Метеоритная гипотеза была предложена в 1824 г. немецким астрономом Ф. Груитуйзеном (Еще в 1667 г., за полтора столетия до Груитуйзена, метеоритную гипотезу высказывал известный физик Р. Гук. Однако эта гипотеза не получила в те годы развития и вскоре была предана забвению). По его мнению, космические массы, падавшие на Луну, были гораздо больше современных метеоритов и вызывали продавливание кольцевых участков лунной коры с образованием кратеров. Взгляды Груитуйзена были вскоре забыты, и лишь через полвека, в 1873 г., английский астроном Р. Проктор вновь высказал идею о проламывании лунной коры ударами метеоритов. Однако позже он отказался от своих взглядов.

В 1892 г. президент Американского геологического общества Г. Джильберт дал первое серьезное обоснование метеоритной гипотезы. Он впервые высказал идею, что не только кратеры, но и лунные «моря» образованы лавовыми излияниями, вызванными падениями больших масс метеоритов. Увы, статья Джильберта осталась не замеченной в астрономических кругах, и о ней вспомнили лишь полвека спустя.

В 20-х годах нашего столетия известный немецкий геофизик А. Вегенер предложил новый вариант метеоритной гипотезы. Согласно его гипотезе метеориты падали на Луну под действием лунного притяжения, а до этого обращались вокруг Луны, образуя некое «метеоритное кольцо», подобное кольцу Сатурна. Такое предположение понадобилось Вегенеру, чтобы объяснить круговую форму кратеров и отсутствие среди них кратеров с эллиптическими очертаниями. Именно этот аргумент противопоставляли доводам «метеоритчиков» их противники, резонно заявляя, что косых ударов метеоритов о лунную поверхность должно было быть гораздо больше, чем отвесных.

В то время теория сверхскоростных соударений еще не была разработана, не было и соответствующих экспериментов. Образование кратеров приписывалось в основном механическому воздействию падающего метеорита. О взрывных явлениях, сопровождающих удар твердого тела с космической скоростью, никто не имел ни малейшего представления.

А. Вегенер производил другие эксперименты. Он сбрасывал на слой цемента комья цементного порошка, получая при этом отличные модели лунных кратеров, даже с центральной горкой. В дальнейшем, уже в 50-е годы, эти эксперименты были повторены советскими любителями астрономии П. Ф. Сабанеевым и А. М. Беневоленским (см. фото).

В конце XIX и начале XX в. сторонники вулканической гипотезы тоже предприняли ряд попыток ее обоснования. В 1874 г. английские инженеры Дж. Нэсмит и Дж. Карпентер в большой книге, посвященной Луне, выдвинули фонтанно-вулканическую гипотезу, согласно которой извержение из центральной горки приводит к постепенному насыпанию вала кратера. В 1896 г. французский астроном П. Пюизё попытался обосновать вулканическую гипотезу учетом приливов, вызываемых на Луне Землей (нетрудно подсчитать, что они в 20 раз сильнее, чем те, что вызывает на Земле Луна). По мнению Пюизё, приливы и являлись причиной лавовых излияний, образовавших лунные кратеры.

Не остались безучастными к этой дискуссии и геологи. Еще в 1843 г. известный французский геолог Э. де Бомон посвятил одну из своих работ сравнению горных массивов Земли и Луны. Спустя три года американский геолог Д. Дана опубликовал статью «О вулканах на Луне». В это же время изучением форм лунного рельефа занимался такой известный геолог, как Э. Зюсс. Основная идея Зюсса об образовании морей в результате частичного расплавления поверхностного слоя Луны подтвердилась в ходе новейших исследований.

В начале XX в. проблемой происхождения лунных кратеров интересовался академик А. П. Павлов, предложивший остроумную модификацию вулканической гипотезы. По его схеме раскаленная лава, поднимаясь из недр Луны, расплавляла части лунной поверхности, что привело к образованию в этих местах круглых лавовых озер, окаймленных правильными кольцевыми валами. Взгляды Павлова имели много общего с идеями Зюсса. Но никто из геологов не дал четкой картины механизма образования лунных кратеров. Высказывались в основном лишь общие соображения.

В 1949 г. советский геолог А. В. Хабаков выпустил книгу «Об основных вопросах истории развития поверхности Луны», в которой дал подробный анализ структуры лунного рельефа. На основании этого анализа он сделал вывод о том, что происхождение всех форм лунного рельефа можно объяснить только внутренними причинами, в том числе вулканическими процессами. Но как, в ходе какого физического механизма могли образоваться кольцевые структуры, геолог Хабаков, как и его коллеги, объяснить не мог. Для этого нужно было применить методы механики и математики.

Как образуются метеоритные кратеры

О том, что метеорит, ударяясь с большой скоростью о поверхность планеты, может произвести взрывные явления, первым догадался новозеландский ученый А. Джиффорд в 1924 г., давший правильную качественную картину явлений, сопровождающих удар. В результате практически мгновенного торможения при ударе вся кинетическая энергия метеорита переходит в тепло и происходит взрыв. Давление горячих газов, равное по всем направлениям, из-за различного сопротивления среды приведет к уплотнению пород под местом взрыва, к сжатию и раздвижению пород в боковых направлениях, сопровождаемому выбросами материи, к сильному дроблению и разрушению вещества верхних слоев и к выбросу его на большие расстояния и, наконец, к образованию блюдцеобразной выемки, т. е. кратера.

Работа Джиффорда не содержала развитой математической теории образования кратеров при ударах метеоритов и осталась, как это нередко случается в науке, незамеченной.

Прошло 13 лет. На механико-математическом факультете Московского университета студент выпускного курса Кирилл Станюкович готовился к защите дипломной работы. Работа называлась «О происхождении лунных кратеров». В ней была построена первая математическая теория взрывных явлений, сопровождающих удар метеорита о лунную (и любую другую) поверхность. Впервые было строго доказано, что при ударе метеорита с космической скоростью и сам метеорит, и значительная часть вещества мишени мгновенно испаряются. Громадные массы вещества оказываются выброшенными на большие расстояния. На месте взрыва образуется чашеобразное углубление - кратер. Разумеется, форма кратера не зависит от угла падения метеорита.

Готовя свою дипломную работу, Станюкович ничего не знал о статье Джиффорда. Не знал о ней и эстонский астроном Э. Эпик, который за год до Станюковича опубликовал в трудах Тартуской обсерватории статью под названием «Теория образования лунных кратеров». В этой работе проникновение метеорита в грунт при ударе, выброс вещества и образование кратера рассматривались на основе уравнений гидродинамики несжимаемой среды. Как было показано позднее, такой подход приводит к переоценке энергии удара, необходимой для образования кратера данных размеров, на один-два порядка.

Подход Эпика не удовлетворял Станюковича. Но прежде чем выставить свою дипломную работу на защиту, Станюкович сделал о ней доклад на Второй кометно-метеорной конференции, собравшейся в Москве в начале 1937 г. Работа была встречена с интересом и получила одобрение участников конференции. Краткое сообщение о ней было опубликовано в «Астрономическом журнале» ученым секретарем конференции И. С. Астаповичем. Эта небольшая заметка закрепила приоритет молодого ученого, потому что дипломная работа, которую Станюкович успешно защитил весной того же года, осталась неопубликованной. А она вполне заслуживала публикации.

Лишь через 10 лет К. П. Станюкович (ставший к тому времени уже доктором наук) опубликовал совместно с В. В. Федынским статью «О разрушительном действии метеоритных ударов», в которой изложил основы теории и главнейшие результаты, Переключение научных интересов на другие проблемы привело к тому, что до войны опубликовать свой труд Станюкович не успел и сделал это лишь вскоре после войны.

Статья К. П. Станюковича и В. В. Федынского, опубликованная в «Докладах Академии наук СССР», по праву и в настоящее время считается классической работой по проблеме образования кратеров на планетах в результате метеоритных ударов. Она развивает результаты дипломной работы Станюковича на более новой основе. В 1946 г. независимо друг от друга Л. И. Седов (будущий академик) и К. П. Станюкович вывели очень важное соотношение, связывающее давление на фронте ударной волны и энергию взрыва. Кроме того, в 1945 г. была опубликована совместная работа Л. Д. Ландау и К. П. Станюковича по теории нестационарных процессов, из которой можно было вычислить среднюю скорость масс, выброшенных при взрыве, и распределение скоростей выбросов. Были опубликованы за это время и результаты некоторых экспериментальных работ по взрывам. Все эти результаты были использованы в работе К. П. Станюковича и В. В. Федынского.

В этой работе был сделан важный прогноз о том, что кратеры, подобные лунным, должны быть на Марсе, астероидах и вообще на всех телах Солнечной системы, лишенных атмосферы. Лишь через три года аналогичный прогноз сделали Э. Эпик и К. Томбо.

К. П. Станюкович и В. В. Федынский сделали еще один важный вывод: метеоритная бомбардировка приводит к уменьшению массы малых тел Солнечной системы. Потерянная масса в тысячи раз превосходит массу ударяющего метеорита. Эта дезинтеграция планетного и кометного вещества в Солнечной системе может иметь космическое значение.

Это значение сразу понял академик В. Г. Фесенков. В изданной в следующем году монографии «Метеорная материя в междупланетном пространстве» он посвятил процессу дезагрегации астероидов, как он его назвал, целую главу. В отличие от К. П. Станюковича и В. В. Федынского, В. Г. Фесенков не интересовался физикой соударений, а рассматривал судьбу пылинок, отделяющихся от астероидов при метеоритной бомбардировке. Он показал, что именно в этом процессе формируется пылевое облако, наблюдаемое нами в виде зодиакального света.

Вернемся, однако, к теории образования лунных кратеров. К. П. Станюкович продолжал ее разрабатывать дальше. В 1950 г. он опубликовал большую статью «Элементы физической теории метеоров и кратерообразующих метеоритов». В начале 60-х годов К. П. Станюкович подытожил результаты своих многолетних исследований в специальной главе (написанной совместно с автором этой книги) монографии «Луна». Вдвоем мы разработали такие вопросы, как образование светлых лучей и венцов вокруг некоторых кратеров (это насыпные образования, результаты «веерных» выбросов из кратера), а также образование лунных «морей» в ходе грандиозных лавовых излияний из недр Луны при ударах о лунную поверхность крупных тел астероидальных размеров.

В начале 60-х годов активизировались теоретические исследования кратерообразования за рубежом. Большой вклад в теорию формирования кратеров на планетах внесли американские ученые Р. Бьорк и Ю. Шумейкер. С помощью ЭВМ были рассчитаны все деформации вещества метеорита и грунта после удара, движения частиц породы и формирование кратера (рис. 38).

Рис. 38. Процесс образования ударного кратера на Луне (по Ю. Шумейкеру)

Продолжали исследования в этом направлении и советские ученые. С разных точек зрения анализировали процесс кратерообразования Э. И. Андрианкин, Б. А. Иванов, А. К. Мухаметжанов. Они сняли всякие сомнения с ответа на вопрос: могут ли падающие метеориты образовывать кратеры, подобные лунным? Да, могут!

Метеоритные кратеры на Земле

В начале главы был поставлен вопрос: почему кратеры имеются только на Луне и их нет на Земле? Да, так ставился вопрос около ста лет назад. Но в XX в. на поверхности Земли был обнаружен целый ряд структур, которые оказались метеоритными кратерами.

Еще в 1891 г. был впервые описан знаменитый Аризонский кратер (Каньон Дьябло) диаметром 1200 м и глубиной 175 м (см. фото). Но даже такой сторонник метеоритного происхождения лунных кратеров, как Г. Джильберт, не понял, что этот кратер имеет метеоритное происхождение.

В 1905 г. начал свои исследования Аризонского кратера Д. Барринджер, получивший в ходе двадцатилетних исследований неопровержимые доказательства его метеоритного (ударного) происхождения. Были обнаружены вторичные выбросы, расположенные симметрично относительно центра кратера, радиальный сдвиг пластов горных пород, в кратере была найдена так называемая горная мука и куски шлаковидного стекла - продукты расплавления пород при ударе метеорита. В самом кратере и в его окрестностях еще с 1866 г. находили осколки метеоритного железа, но долгое время это не производило впечатления на ученых. Теперь стало ясным не только происхождение кратера, но и то, что метеорит был железным. Был установлен и возраст кратера - 30 тыс. лет.

Вслед за Аризонским были обнаружены другие метеоритные кратеры: в 1921 г.- Одесса (штат Техас, США) диаметром 160 м, в 1927 г.- группа кратеров Каали на острове Саарема (Эстония) с главным кратером диаметром 110 м, в 1931 г.- группа из 13 кратеров в Хенбери (Австралия) с эллипсовидным центральным кратером 220х110 м, в 1932 г.-два кратера Вабар в Саудовской Аравии (диаметр большего 100 м). За ними последовали другие открытия. К 1965 г. на Земле было известно уже 115 метеоритных кратеров.

Но почему среди них не было таких крупных кратеров, как на Луне? Сотни метров, самое большее километр, а не десятки и сотни километров, как на Луне. «Большие кратеры должны были образоваться в очень давние времена,- рассуждали ученые,- а за миллионы лет действие воды и ветра, тектонические процессы стерли с лица Земли их следы». Но все оказалось не так, как думали в те годы. Большие кратеры лежали у нас под ногами.

Марс, Меркурий, кто следующий?

В 1965 г. американский космический аппарат «Маринер-4» передал первые фотографии поверхности Марса с близкого расстояния. На этих снимках было обнаружено более 300 кратеров размерами от 3 до 176 км. Лишь девять из них имели центральную горку. Характерным отличием марсианских кратеров от лунных было явное уменьшение количества малых кратеров (меньше 4 км).

Как известно, количество лунных кратеров убывает с увеличением их размера по степенному закону вида N ~ D - n , где D - диаметр вала кратера, п =2. Этот закон, полностью подобный закону распределения по размерам метеорных тел, сам по себе является доводом (хотя еще не доказательством) в пользу метеоритной гипотезы образования кратеров.

На Марсе, как было установлено по снимкам «Маринеров-6, 7», до некоторого D min распределение кратеров по размерам следует тому же закону, что и на Луне, но число кратеров с D = 1 км уступает лунному почти на порядок. Это обстоятельство можно было объяснить двояко: либо малые кратеры разрушает эрозия (на Марсе есть атмосфера, а в прошлом, вероятно, на его поверхности была жидкая вода), либо кратерообразование за последние миллионы лет почему-то ослабело.

Решению этой дилеммы помогло обнаружение кратеров на спутниках Марса - Фобосе и Деймосе (см. фото). Когда было изучено распределение кратеров по их поверхности, выяснилось, что оно в точности следует закону распределения кратеров на лунных материках (рис. 39). Это показывало, что поверхность Фобоса и Деймоса столь же древняя, как поверхность материков Луны (старше 4 млрд. лет). Таким оказался космический «возраст» обоих спутников Марса.

Рис. 39. Распределение по размерам кратеров на Луне, Марсе, Фобосе и Деймосе

Открытие кратеров на Фобосе и Деймосе стало окончательным доказательством того, что Марс, как и Луна, перенес в прошлом интенсивную метеоритную бомбардировку, но наличие атмосферы и гидросферы (а возможно, и тектоническая активность) привело к исчезновению некоторой или даже значительной части кольцевых структур на Марсе и на Земле по сравнению с Луной, Фобосом и Деймосом.

Тщательное исследование поверхности Марса по снимкам, полученным с советских и американских космических аппаратов в 70-е годы, позволило положить конец «столетней войне». Дело в том, что на Марсе были обнаружены и настоящие вулканы. Да еще какие! Вулкан Олимп имеет высоту 25 км, а радиус его подножия - около 250 км (см. фото). Это самый высокий вулкан в Солнечной системе. Несколько уступают ему три других гиганта: вулканы Арский, Аскрейский и Павлиний. Их высоты - от 11 до 16 км. В отличие от ударных кратеров марсианские вулканы имеют форму конуса с кальдерой наверху. Подобно Эльбрусу, Казбеку и Арарату, марсианские вулканы потухшие.

Итак, «вулканисты» были вознаграждены. В дальнейшем они были вознаграждены еще более, после того как американский космический аппарат «Вояджер-1» передал на Землю снимки восьми действующих вулканов на спутнике Юпитера Ио, а советские межпланетные станции серии «Венера» принесли веские доказательства активного вулканизма на нашей соседке в Солнечной системе - на планете Венере. Оправдалось предвидение советского астронома профессора С. К. Всехсвятского о развитии вулканизма на планетах.

Вулканы Марса поставили перед учеными новую проблему: почему именно на этой планете образовались столь грандиозные вулканы? Мы знаем, что вулканы на Земле (включая потухшие) не превышают в высоту 5,5 км, а самая высокая гора Эверест немного «не дотягивает» до 9 км. Аналогичная ситуация на Луне и, как потом выяснилось, на Меркурии. Высочайшая вершина на Венере имеет высоту 11 км.

В природе не бывает ничего случайного (кроме действительно случайных событий, например, столкновений Земли с крупными телами, хотя и они подчиняются определенным закономерностям). Необычайную высоту вулканов Марса требовалось объяснить.

Вулканизм связан с формированием в недрах планеты расплавленной магмы, а оно, в свою очередь, с внутренним теплом планеты. Основной источник этого тепла - радиоактивный распад. Количество тепла, которое этот процесс выделяет, пропорционально (при прочих равных условиях) массе планеты, т. е. кубу ее радиуса. Площадь поверхности планеты пропорциональна квадрату радиуса. Поэтому выделение внутреннего тепла на единицу площади будет пропорционально радиусу планеты. Итак, силы, порождающие вулканизм, растут с размерами планеты, что находит подтверждение на вулканически активных Земле и Венере и в угасшем уже вулканизме Марса.

Но есть сила, ограничивающая высоту гор на планете. Это сила тяжести, не позволяющая горе расти неограниченно. Высокая сила тяжести на Земле и Венере ограничила высоту гор на этих планетах соответственно в 9 и 11 км, а на Марсе, где ускорение свободного падения меньше (3,73 м/с 2), образовались горы до 25 км. Любопытно, что высота h крупнейших гор на планетах Земля, Венера и Марс обратно пропорциональна ускорению свободного падения g на их поверхности (в среднем произведение gh = 92,9):

Планета	Земля	Венера	Марс
h , км		11,1
g , м/с 2	9,81	8,86	3,73
gh , км м/с 2	87,3	98,3	93,2

Но этот «закон» сразу нарушается, как только мы переходим к Меркурию и к Луне. На них нет гор выше 9 км. Это значит, что тектоническая (в том числе горообразовательная) активность на этих телах значительно слабее, чем на Земле, Марсе и Венере.

Кстати, а как выглядит Меркурий? Первые его снимки из космоса были переданы американским космическим аппаратом «Маринер-10» в 1974 г. Перед взорами астрономов предстала... вторая Луна! Вид поверхности Меркурия (см. фото) до того напоминает Луну, что только астроном, хорошо знающий расположение лунных кратеров, сможет отличить их друг от друга.

Подсчеты кратеров в области Калорис показали, что ее возраст не менее 4 млрд. лет. Еще древнее возвышенности Меркурия, но и там число малых кратеров отклоняется от закона N ~ D -2 , как на Марсе, что можно объяснить их разрушением за счет размягчения поверхности в период ее интенсивной бомбардировки.

Радиолокационные изображения поверхности Венеры, и станциями «Венера-15, -16», а также американским аппаратом «Пионер-Венера», позволили выявить на этой планете как вулканические образования, так и ударные кратеры размерами от 4-5 до 130 км. По плотности кратеров возраст поверхности Венеры составляет от 500 млн. до 1 млрд. лет, но это возраст преобладающих вулканических равнин. Более древние кратеры на Венере, по-видимому, уничтожены тектоническими процессами либо в ходе интенсивной бомбардировки, либо после ее завершения. Как и на Земле, активные вулканотектонические процессы на Венере продолжаются и в нашу эпоху.

Обширные сведения были получены за последние годы о поверхностях спутников Юпитера и Сатурна, благодаря передаче их изображений американскими космическими аппаратами «Пионер-10, -11» и «Вояджер-1, -2». Четыре галилеевых спутника Юпитера оказались совершенно разными. На ближайшем к Юпитеру спутнике Ио обнаружено, как мы уже говорили, восемь действующих вулканов, а на поверхности - оранжевые отложения продуктов вулканических извержений. Поверхность Ио очень молодая (несколько миллионов лет), и поэтому ударных кратеров на ней очень мало. Поверхность следующего спутника - Европы - покрыта толстой ледяной корой и испещрена длинными трещинами. Кратеров на ней практически нет. Зато Ганимед и Каллисто покрыты многочисленными кратерами, причем на Каллисто их гораздо больше, чем на Ганимеде. Поверхность Каллисто весьма древняя и может вполне сравниться по степени насыщения кратерами с Луной и Меркурием (см. фото). Очевидно, что тектоническая активность на Каллисто в течение последних 3 млрд. лет была весьма слабой. Напротив, Ганимед несет следы активной тектонической деятельности, в частности крупных разломов коры. Поэтому его поверхность значительно моложе, чем у Каллисто, хотя встречаются участки более древней коры, гуще покрытые ударными кратерами, чем остальные.

Причины различий в структуре поверхностей четырех галилеевых спутников Юпитера еще не вполне ясны. Сделано несколько попыток их объяснения, которые мы здесь обсуждать не будем.

Густо покрыта кратерами поверхность спутника Сатурна Мимаса (диаметр 390 км), причем крупнейший из них имеет диаметр 130 км. Столь же обильны кратеры на Дионе (диаметр 1120 км), некоторые из них имеют системы светлых лучей, как на Луне. На Рее (диаметр 1530 км) плотность кратеров такая же, как на Луне и Меркурии, а диаметр крупнейшего из них достигает 300 км. Еще больший кратер (400 км) обнаружен на поверхности Тефии (диаметр спутника 1050 км). На поверхности Энцелада (диаметр 510 км) заметны следы сравнительно недавних течений в коре, разрушивших древний рельеф. Удалось выявить не менее пяти этапов геологической эволюции Энцелада. Районы, лишенные кратеров, имеют возраст менее 10 млн. лет, поэтому не исключено, что недра Энцелада активны и сейчас.

Этих примеров достаточно, чтобы показать, как изучение кратерных структур на планетах и их спутниках помогает выяснить пути эволюции их рельефа под действием как внутренних, так и внешних сил.

Новые открытия на Земле

А как же Земля? Неужели тектоника, вода и ветер полностью стерли с лица Земли гигантские ударные кратеры, которые ну просто не могли на ней не образоваться; ведь Земля - куда более удобная мишень для встречных астероидов, ядер комет и метеоритов, чем, скажем, Луна. Большая масса, а значит, и сила притяжения Земли разгоняют эти тела до больших скоростей, чем притяжение Луны. Кроме того, у Земли больше радиус захвата - на нее упадут не только те тела, которые летят прямо на Землю, но и часть тех, которые пролетели бы мимо, если бы Земля их не притягивала.

Нет, метеоритные кратеры должны существовать на Земле в гораздо больших количествах, чем было известно, и они должны иметь существенно большие размеры. Еще в конце 30-х годов английские геологи Дж. Бун и К. Олбриттон пытались доказать метеоритное происхождение ряда структур, считавшихся тогда криптовулканическими (криптовулканическими называют почти круговые, сложные куполообразные структуры, характеризующиеся сильными деформациями с дроблением пород. Многие специалисты считают, что они не связаны с проявлениями вулканизма). Но в то время еще было трудно доказать их ударное происхождение.

В 1950 г. канадский геолог В. Мин, обследовав круглое озеро Нью-Квебек, установил по ряду признаков, что это крупный метеоритный кратер диаметром 3,4 км. До этого самым большим метеоритным кратером на Земле считался Аризонский, диаметр которого был втрое меньше.

В 1951 г. в Канаде был открыт кратер Брент (3,5 км). Это заставило канадских ученых предпринять систематические поиски структур, которые могут быть метеоритными кратерами. Их выявление производилось по аэрофотоснимкам, причем первыми признаками метеоритной природы считались круговая форма, наличие вала, центральная депрессия. Более определенные критерии были связаны с наличием под дном кратера брекчий (мелкораздробленных осколков пород) и следов ударного метаморфизма: импактитов, плотных модификаций пород - коэсита и стишовита, наконец, конусов разрушения.

Что представляют собой эти образования? Термином импактит (от англ. impact - удар) обозначают горные породы, непосредственно связанные с ударными кратерами и претерпевшие изменения при ударе. Сюда относятся брекчии разных типов, породы, испытавшие плавление, и другие.

Конусы разрушения (см. фото) образуются при взаимодействии ударной волны, идущей от центра взрыва, с границами пластов пород, которые дробятся на конусообразные фрагменты с поверхностями, покрытыми ветвящимися бороздами. Если конусы разрушения не перемещены взрывной волной, они всегда направлены вершиной к центру взрыва. Образуются они при давлениях 20- 100 кбар.

Коэсит и стишовит - это модификации кремнезема, образующиеся при высоких давлениях. У них иная кристаллическая структура и более высокая плотность, чем у обыкновенного кварца. В частности, более плотный стишовит обнаруживается только в метеоритных кратерах, в них он и был впервые открыт. Коэсит образуется при давлениях, превышающих 30-40 кбар, стишовит - 100 кбар.

Реже встречаются высокобарные модификации углерода - алмаз и лонсдейлит. Они обнаружены пока только в двух метеоритных кратерах. (Вспомним, что и в Тунгусской тайге были обнаружены алмазно-графитовые сростки.) Для их образования нужны давления в 500- 700 кбар.

В результате тщательных поисков на территории Канады были обнаружены 24 структуры несомненно ударного происхождения. Среди них были кратеры Клируотер (32 и 20 км), Кутюр (12 км), Дип Бэй (13,5 км), Холлефорд (2,5 км), Кили (13 км) и другие (рис. 40). Этой работой руководили М. Денс, К. Биле и другие ученые.

Рис. 40. Контуры некоторых канадских метеоритных кратеров (по К. Билсу и М. Денсу)

Поисками метеоритных кратеров занялись и в других странах, что привело к открытию метеоритных структур Нордлингер Рис (ФРГ, 21х24 км), Босумтви (Гана, 10 км), Уэллс Крик (США, 10 км), Госсес Блаф (Австралия, 22 км), Деллен (Швеция, 12 км), Лаппаярви (Финляндия, 10 км) и других. На территории ЮАР был обнаружен гигантский кратер Вредефорт диаметром 100 км, имеющий надежно установленный возраст в 2 млрд. лет.

Начиная с 70-х годов крупные кольцевые структуры были, обнаружены и на территории нашей страны. Большая заслуга в открытии и изучении астроблем (слово астроблема означает «звездная рана». Это название все шире применяется к структурам ударного (космического) происхождения) в СССР принадлежит ленинградскому геологу В. Л. Масайтису. Он доказал, что гигантская (100-километровая) котловина в районе течения р. Попигай на Таймыре представляет собой метеоритный кратер. Его возраст 180 млн. лет. Вслед за Попигайским кратером были открыты и исследованы астроблемы: Болтышская (24 км), Каменская (25 км), Карская (50 км), Пучеж-Катункская (80 км), Янисъярви (13х17 км), Эльгыгытгын (18 км). Выяснилось, что город Калуга расположен в гигантском метеоритном кратере диаметром 15 км, образовавшемся около 400 млн. лет назад.

Очень интересным оказался метеоритный кратер Жаманшин (диаметр 5 км) в Казахстане, изученный геологом П. В. Флоренским. Вблизи этого кратера впервые на территории СССР были найдены тектиты - черные оплавленные стекла, происхождение которых несомненно связано с падениями крупных метеоритов. До этого тектиты находили только на территории Чехословакии, в Индокитае, в Южной Африке и в Австралии.

Исследование крупных астроблем на территории нашей страны привлекло большую группу исследователей. Свой вклад в их изучение внесли геологи Б. С. Зейлик, А. А. Вальтер, Е. П. Гуров, А. О. Аалоэ, геофизики А. И. Дабижа, М. С. Красе и другие.

Таким образом, на Земле оказалось много крупных кольцевых структур, несомненно имеющих ударное происхождение. Их количество пока составляет 230, но каждый год приносит новые открытия. Эти структуры в буквальном смысле слова лежали у нас под ногами, но мы долго не могли этого понять.

Земля как космическая мишень приняла свою долю ударов небесных странников: метеоритов, астероидов, ядер комет. В этом отношении она ничем не отличается от других планет и их спутников. Но, конечно, тектонические процессы, водная и ветровая эрозия сделали свое дело, и многие астроблемы не сохранились.

От гигантских «морей» к микрократерам

Мы уже говорили, что распределение кратеров по размерам на густо усеянных этими структурами поверхностях тел Солнечной системы следует степенной зависимости вида N ~ D -2 . Этот факт сам по себе доказывал метеоритное происхождение кратеров, поскольку распределение метеорных тел по размерам подчиняется той же закономерности. Правда, энергия удара тела зависит не только от его массы, но и от скорости, будучи пропорциональна ее квадрату. Однако скорости удара заключены в сравнительно узких пределах (11-73 км/с), а если учесть, что все астероиды и метеориты имеют в Солнечной системе прямое движение, то этот диапазон еще более сокращается. Разброс же по массе громаден: от триллионов тонн до миллиграммов и их долей.

В 1949 г. американский исследователь Р. Болдуин построил интересную диаграмму, на которой представил структурные особенности лунных кратеров и заведомо взрывных структур: воронок от бомб, снарядов и крупных наземных взрывов. По вертикальной оси он отложил (в логарифмическом масштабе) диаметр кратера или воронки, по горизонтальной - их глубину. Все воронки от взрывов, земные метеоритные кратеры (их тогда было известно немного) и лунные кратеры легли на одну плавную кривую (рис. 41). Это было веским доводом в пользу метеоритного происхождения лунных кратеров.

Рис. 41. Кривая Болдуина для взрывных кратеров и воронок. 1 - вулканические кальдеры по данным автора; 2 -земные метеоритные кратеры

Еще в 1892 г. Г. Джильберт полагал, что не только кратеры, но и округлые лунные «моря» образовались в результате ударов тел астероидальных размеров. Джильберт обратил внимание на систему радиальных разломов, расходящихся от Моря Дождей. Эта идея была в 50-е годы разработана видным американским космогонистом лауреатом Нобелевской премии Г. Юри. В 1960 г. К. П. Станюкович и автор этой книги предложили свой вариант образования «морей»: после удара крупного тела о поверхность Луны в глубинных частях лунной коры под местом удара происходит откол большого фрагмента коры и расплавленная магма из недр получает выход на поверхность. Происходит лавовое излияние, и образуется «море». По мнению ряда ученых, выход лавы на поверхность Луны мог произойти не сразу после удара, а значительно позже, через много миллионов лет.

После фотографирования обратной стороны Луны советскими лунными станциями были открыты гигантские кольцевые структуры: Море Восточное, окруженное несколькими концентрическими валами (внешний диаметр 500 км), кратер Королев (диаметр 300 км), Море Москвы и другие. На Меркурии были открыты бассейны типа Калорис. Создалось общее мнение, что эти, хотя и немногочисленные, образования тоже последствия бомбардировки Луны и Меркурия космическими «снарядами».

Благодаря доставке образцов лунных пород (в том числе и с поверхности «морей») на Землю американскими астронавтами и советскими лунными станциями «Луна-16, -20, -24» оказалось возможным точно датировать эпоху формирования лунных «морей». Это был период от 4,25 до 3,85 млрд. лет назад. Именно тогда образовались бассейны типа Моря Дождей на Луне, а также, по-видимому, Калорис на Меркурии, Эллада на Марсе и другие. После этого, 3,85 млрд. лет назад, бомбардировка Луны прекратилась и начался период интенсивного вулканизма, продолжавшийся на Луне и Меркурии около 1 млрд. лет.

Почему же так внезапно прекратилась бомбардировка Луны? Видимо, был исчерпан запас «снарядов». Что же это были за «снаряды»? Ответ на этот вопрос дают космогонические теории академика О. Ю. Шмидта и Г. Юри. Согласно взглядам этих ученых, планеты Солнечной системы образовались в результате объединения протопланетных тел меньшего размера, которые, в свою очередь, должны были образоваться в ходе слипания частиц пыли из околопланетного газово-пылевого облака. Возраст планет Солнечной системы теперь определяется однозначно путем анализа содержания радиоактивных изотопов и продуктов их распада в древнейших земных и лунных породах, а также в метеоритах,- это 4,6 млрд. лет назад. Значит, вскоре после формирования древнейших частей лунной поверхности последовала интенсивная бомбардировка Луны оставшимися плапетезималями. Это были как раз тела астероидальных размеров - километры и десятки километров. Они двигались по слабо вытянутым орбитам прямым движением и время от времени падали на Луну, на Землю, на Марс, Венеру, Меркурий, на спутники Юпитера и Сатурна (читателя не должно удивлять, что мы здесь не упоминаем самые планеты-гиганты. Ведь у них пет твердых поверхностей и кратеры на них образоваться не могли), образуя кратеры и «моря». Но за 400 млн. лет запас планетезималей был исчерпан, массовая бомбардировка прекратилась, остались лишь пояс астероидов и система комет, которые время от времени продолжали наносить удары по поверхностям планет и их спутников. Впрочем, не подлежит сомнению, что и поверхности самих астероидов усеяны кратерами в не меньшей степени, чем, например, Фобос и Деймос.

Полеты к Луне американских космических зондов «Рейнджер», начиная с 1964 г. показали, что поверхность Луны покрыта множеством мелких кратеров. До этого мы могли видеть в телескопы на Луне кратеры не менее 1 км в диаметре. Снимки «Рейнджеров» понизили этот предел в сторону меньших размеров - до 1 м. А на доставленных с Луны образцах лунных пород, а также на специально выставлявшихся там на некоторое время пластинках были обнаружены мельчайшие кратеры, размерами уже в несколько микрометров. Такие же кратеры обнаруживаются на специальных пластинках-датчиках, помещаемых на спутниках и орбитальных станциях.

Нанесение малых кратеров на Луне на диаграмму Болдуина показало, что они хорошо ложатся на продолжение в сторону малых размеров кривой, построенной для больших кратеров. Подтвердилась и степенная функция распределения кратеров по размерам. Стало ясно, что все они - результаты ударов метеороидов.

Есть пара основных теорий относительно того, что является причиной образования кратеров на Луне. Одна из них основана на ударах метеоритов о поверхность спутника. Вторая базируется на том, что внутри этого небесного тела происходят некие процессы, схожие по своей сути с извержениями вулканов. И вот именно они и есть настоящая причина. Обе теории достаточно спорные, и ниже будет рассказано, почему именно могло произойти такое образование кратеров. Луне свойственны загадки, большую часть которых человечество не решило до сих пор. И это - одна из них.

Кратко о Луне

Как известно, этот спутник вращается вокруг планеты Земля в относительно стабильном режиме, периодически немного приближаясь или отдаляясь. По современным данным, попутно Луна постепенно улетает от нас все дальше в космос. Примерно такое движение оценивают в 4 сантиметра за год. То есть ждать, пока она улетит достаточно далеко, можно очень долго. Луна влияет на приливы и отливы, точнее – провоцирует их. То есть если бы спутника не было, то и такой активности океанов и морей тоже не было бы. С тех пор, когда люди впервые начали пристально вглядываться в небо и изучать это небесное тело, встал вопрос о том, что собой представляют кратеры на Луне. Прошло уже очень много времени с тех первых попыток понять неизведанное, но и по сей день существуют только теории, которые пока ещё не были ничем фактически подтверждены.

Возраст и цвет кратеров

Особенностью таких образований на поверхности спутника является их расцветка. Кратеры на Луне, которые были образованы несколько миллионов лет назад, считаются молодыми. Они выглядят более светлыми по сравнению с остальной поверхностью. Другие их виды, возраст которых вообще не поддается исчислению, уже потемнели. Это все объясняется достаточно просто. Внешняя поверхность спутника достаточно темная за счет постоянного воздействия радиации. А вот внутри Луна светлая. Как следствие, при ударе метеорита выбрасывается наружу светлый грунт, тем самым образуя сравнительно белое пятно на ее поверхности.

Самые большие кратеры Луны

С древних времен возникла традиция давать различные названия небесным телам. В данном случае это касается самих кратеров. Так, каждый из них носит имя одного из ученых, которые так или иначе, но двигали науку о космосе вперед. Наиболее заметным из сравнительно молодых кратеров является тот, который зовется Тихо. Визуально он похож на некий «пупок» нашего спутника. Образование кратеров на Луне такого типа, скорее всего, действительно произошло из-за столкновения с ее поверхностью очень крупного метеорита. В данном случае название произошло от Тихо Браге, который был в свое время очень известным астрономом. Это молодой кратер, диаметр которого - 85 километров, а возраст - около 108 миллионов лет. Другое заметное образование подобного рода имеет диаметр «всего» 32 км и носит имя Кеплера. По степени заметности дальше идут: Коперник, Аристарх, Манилий, Менелай, Гримальди и Лангрен. Все эти люди в той или иной мере относились к развитию науки, а потому по праву запечатлены в истории таким образом.

"Ударная" теория

Итак, вернемся к теориям о том, что является причиной образования кратеров на Луне. Самая распространенная и достоверная из них подразумевает, что в далекие времена на поверхность нашего спутника падали огромные метеориты. В целом, судя по различным данным, это действительно было именно так, однако тут встает другой вопрос. Если такое происходило, то как настолько большие метеориты облетали нашу планету и врезались целенаправленно именно в спутник? То есть если бы шел разговор о той стороне небесного тела, которая направлена в космос, то все было бы понятно. А вот с повернутой к планете частью получается, что бомбардировка спутника шла напрямую с поверхности Земли, чего по официальной истории быть просто не могло.

Теория внутренней активности

Это вторая вероятная причина образования кратеров на Луне. Учитывая, насколько мало мы знаем даже о самом ближайшем к нам космическом теле, она также вполне реальна. Подразумевается, что в древние времена (те же многие миллионы лет назад) внутри спутника происходила вулканическая активность. Или что-то, что может быть на нее похоже. И кратеры являются как раз следствием подобных событий, что в целом тоже похоже на правду. Непонятно, происходит ли нечто подобное там сейчас, и если да, то почему человечество это не наблюдает. А если нет – то почему прекратилось. Как и в любой другой ситуации с космосом, всегда возникает больше вопросов, чем ответов. В целом, можно предположить, что Луна в свое время переживала примерно такой же период вулканической активности, который был и на нашей планете. Постепенно ситуация стабилизировалась, а сейчас практически незаметна или вообще отсутствует. Если брать такую аналогию, то это тоже вполне возможно. К сожалению, получить однозначный ответ можно будет только тогда, когда люди, наконец, приступят к изучению космоса более детально и подробно.

Необъяснимые особенности

В принципе, все понятно с тем, какие могли быть причины. Кратеров на Луне настолько много, что, возможно, верны обе теории. Однако есть некие особенности, которые не укладываются ни в одну из них. К ним относятся различные необъяснимые явления, регулярно возникающие на поверхности нашего спутника, в частности именно в кратерах. Из них то начинает исходить странное излучение, то возникают необъяснимые цветные пятна и так далее. До сих пор никто даже не может предположить, что это такое. Возможно, дело в том материале, из которого состоял метеорит, или же в том, что вырвалось наружу из внутренней части спутника.

Кратеры на Луне и причина их образования

А теперь вернемся к самой теории возникновения этого небесного тела. Официальная версия, если можно так выразиться, гласит о том, что Луна образовалась в результате столкновения спутника с поверхностью Земли. Потом она как бы отскочила обратно в космос и там зависла, зафиксированная притяжением планеты. Возможно, что-то подобное действительно происходило, но, скорее всего, объект, который врезался в Землю, был полностью разрушен. От удара поднялось огромное количество пыли, скорость движения которой была настолько высока, что она вышла на орбиту планеты. Постепенно этот материал спрессовывался друг с другом, и в конечном варианте сформировал спутник.

Это объясняет то, как действительно были образованы кратеры на Луне, на той ее части, которая повернута к нашей планете. Так, сначала пыль сформировала небольшие объекты, которые постепенно сталкивались друг с другом и соединялись, становились все больше и больше. Со временем была создана некая основа самого большого размера из всех возможных в такой ситуации. Уже в нее летающее на орбите огромное количество других, более мелких частиц и начало врезаться, реагируя на образовавшуюся силу притяжения. Естественно, среди таких элементов были и настолько большие, которые создали известные нам сейчас кратеры.

Итог

Космос представляет собой сплошную загадку. Люди пока не имеют возможности изучить все настолько тщательно, чтобы вопросы отпали. Это касается как других галактик или звездных систем, так и самого ближайшего к нам небесного тела. Возможно, в ближайшем будущем ситуация изменится, ведь сейчас активно ведется подготовка к строительству базы на Луне, изучению Марса и так далее.

Кратеры на Луне – это удивительное для человека явление, которое пытались объяснить еще в 18 веке. Существовало две основных гипотезы происхождения кратеров – метеоритная и вулканическая. До 20-го века предпочтение отдавалось вулканической гипотезе, так как по мнению ученых того времени метеориты должны были оставлять форму эллипса, ведь они падают на поверхность под углом.

Однако новозеландский ученый Джиффорд в 1924 году впервые предоставил качественное описание падение и удара метеорита о поверхность планеты, двигающегося с космической скоростью. Из этого описания следовало, что большая часть метеорита при таком ударе испаряется, а форма кратера от угла падения не зависит.

Что такое лунный кратер?

Лунным кратером именуется чашеобразное углубление на поверхности Луны, которое окружено кольцевидным приподнятым валом и имеет сравнительно плоское дно. Большинство лунных кратеров в соответствии с действующими современными представлениями представляют кратеры ударного типа. Лишь незначительная часть из них до этого момента относится к вулканическим кальдерам.

Сегодня на поверхности Луны можно свидетельства бомбардировки ее , кометами и астероидами. Существует примерно полумиллиона кратеров, которые имеют размер свыше 1 км. Из-за того, что на Луне нет атмосферы, воды, а также не происходили значительные геологические процессы, фактически кратеры не подвергались изменениям. Поэтому даже древние кратеры находятся на поверхности Луны в практически нетронутом состоянии.

Самый большой кратер на Луне находится на обратной стороне спутника земли, его глубина равняется 13 км, а в диаметре он составляет 2240 км.

История происхождения кратеров

Название «кратер» позаимствовано из древнегреческого языка и введено Галилео Галилеем. Слово кратер обозначало сосуд, который применяли для смешивания вина и воды. В 1609 г. Галилео соорудил первый , который имел трехкратное увеличение. Он провел астрономические наблюдения Луны и выяснил, что ее форма далека от правильной сферой – у нее есть горы, а также чашеобразные углубления, которые ученый стал называть кратерами.

На протяжении веков научное мнение о появлении лунных кратеров менялось. Кроме ударного происхождения рассматривалась вулканическая теория, а также воздействие «космического льда». Однако сведения, которые были собраны в ходе изучения Луны, показали, что большинство кратеров представляют ударные кратеры.

Морфологические признаки кратеров

К морфологическим признакам кратеров можно отнести:

1. Кратер окружает местность с породами, которые выброшены при ударе (импакте). Как правило, они светлее старых пород вследствие меньшего воздействия солнечной радиации.
2. Система радиальных лучей, образованных ударными выбросами и отходящих от кратера, в некоторых случаях простираются на весьма большое расстояние.
3. Внешний вал с породами, которые были выброшены при ударе, однако упавшие около кратера.
4. Центральный пик, который характерен для кратеров, его диаметр превышает 26 км, данный процесс его появления подобен образованию капли отдачи во время падения в воду небольшого предмета.
5. Дно чаши кратера.
6. Внутренний склон.

Морфологические признаки кратера во многом связаны с его размером. Стандартный небольшой кратер в 5 км включает острый внешний вал по высоте до 1000 м, а также дно чаши, находящееся на уровне ниже 100 м местности, которая окружает ее.

Кратерам, которые имеют диаметр выше 26 км, свойственен центральный пик. Крупные кратеры диаметром примерно 100 км обладают внешним валом возвышения 1000 — 5000 м.

Классификация кратеров

Кратеры на видимой стороне луны получили классификацию в 1978 г. Ее разработали Лейф Андерссон и Чарльз Вуд.

1. Тип ALC — кратер сферической формы, имеет острый вал, сферическую форму дна чаши и гладкий внутренний склон. Диаметр до 10 км. (представитель – кратер Аль-Баттани C).
2. Тип BIO – такой же, как и ALC, однако в центральной части чаши находится плоское дно. Диаметр — 10-15 км. (представитель – кратер Био).
3. Тип SOS – кратер с плоским дном чаши, центральный пик и террасы внутреннего склона отсутствуют. Диаметр — 15-25 км. (представитель – кратер Созиген).
4. Тип TRI – кратер с центральным пиком от 26 км, гладкость внутреннего склона утрачена и есть следы обрушения. Диаметр — 15-50 км. (представитель – кратер Триснеккер).
5. Тип TYC – кратер с сравнительно плоским дном чаши, который имеет террасовидный внутренний склон, имеет часто центральный пик более 50 км. представитель – кратер Тихо).

Крупнейшие кратеры на Луне

Крупнейший кратер Луны – Айткен, его назвали Бассейном Южный Полюс (South Pole — Aitken basin). Это самый глубокий, старый и крупнейший бассейн на Луне. Его глубина -13 км, а в диаметре он простирается на 2500 км. Область Айткена расположена главным образом на дальней стороне Луны, вследствие чего увидеть с Земли кратер невозможно. Из-за его глубины, местоположения и высоты стен он постоянно находится в тени.

Кратер Герцшпрунг

Герцшпрунг – один из крупнейших кратеров, его диаметр равняется 591 км, располагается он на обратной стороне Луны, вследствие чего его нельзя увидеть с Земли. Данный кратер представляет многокольцевую ударную деталь. Кратер назвали в честь Эйнара Герцшпрунга, химика и астронома из Дании.

Герцшпрунг представляет огромную вмятину. Удар космического тела был колоссальным, отчего поверхность Луны пошла кольцами. В результате у кратера образовалось сразу две стены, их высота на некоторых участках превышает тысячу метров. Кратер достигает глубины до 4 500 метров. В то же время Герцшпрунг имеет повреждения стенок, которые появились вследствие образования более мелких кратеров, а также воздействия других космических катастроф.

Следует также отметить и другие крупные кратеры на Луне : это Коперник, Тихо и другие.