Вездесущие кратеры

С тех пор, как начались телескопические наблюдения Луны, одной из наиболее характерных особенностей нашего естественного спутника считалось обилие кольцевых гор - кратеров. Эти кольцевые образования покрывают значительную часть видимой стороны лунного шара, некоторые из них достигают в поперечнике двухсот и даже трехсот километров.

По поводу происхождения лунных кратеров долгое время боролись две точки зрения - метеоритная и вулканическая. Однако для того, чтобы ответить на вопрос, что же в действительности представляют собой кольцевые горы на Луне - кратеры потухших вулканов или воронки, образовавшиеся в результате падения космических тел-метеоритов, в распоряжении исследователей Луны не было достаточного количества необходимых данных. Такие данные появились лишь в результате изучения нашего естественного спутника космическими аппаратами. И эти данные убедительно свидетельствуют в пользу ударного происхождения подавляющего большинства лунных кратеров (хотя и не всех).

В частности, оказалось, что согласно современным оценкам, количество метеоритных тел, бороздивших пространство Солнечной системы в разные эпохи, как раз таково, чтобы объяснить именно то число кратеров, которое фактически существует на различных участках лунной поверхности. Так, например, подсчеты количества кратеров показали, что Луна подвергалась наиболее интенсивной метеоритной бомбардировке на протяжении первого миллиарда лет своего существования. В дальнейшем, по мере исчерпания метеоритного материала в пространстве Солнечной системы, число метеоритных ударов по лунной поверхности резко снизилось. Этим объясняется тот факт, что в лунных морях, которые образовались несколько позже континентальных районов, количество кратеров примерно в тридцать раз меньше. Любопытно отметить, что в настоящее время интенсивность метеоритной бомбардировки Луны весьма невелика. Согласно имеющимся в распоряжении ученых данным, на площади радиусом около двухсот километров метеорит с массой около одного килограмма падает, в среднем, приблизительно один раз в месяц.

Сравнительно мало в современную эпоху выпадает на лунную поверхность и микрометеоритов. Однако воздействие микрометеоритных тел на поверхность нашего естественного спутника в масштабах всей Луны за астрономические промежутки времени ощутимо и в современную эпоху. Об этом свидетельствуют микрократеры - микроскопические воронки от ударов мельчайших частиц космического вещества, обнаруженные на зернах лунного грунта в образцах, доставленных на Землю. Примесь метеоритного вещества обнаружена в поверхностном слое лунного грунта везде, где были взяты соответствующие пробы.

Убедительный аргумент в пользу метеоритного происхождения лунных кольцевых гор дает, как ни странно, изучение уже известного нам спутника Марса Фобоса. Выяснилось любопытное обстоятельство. Как уже говорилось, поверхность Фобоса сплошь усеяна кратерами. И они заведомо ударного происхождения: ведь спутник Марса невелик по размерам - всего около 27 км в длину, и ясно, что ни о каких вулканических процессах в его недрах не может быть и речи. А это, в свою очередь, означает, что и аналогичные кратеры на Луне, скорее всего, также должны иметь метеоритное происхождение, тем более, что кратеры, подобные лунным, в последние годы были обнаружены не только на Фобосе, но и на других телах Солнечной системы, в частности, и на самом Марсе. Как показало космическое фотографирование, многие участки поверхности этой планеты усеяны кратерами, напоминающими лунные. Большинство этих кратеров образовалось примерно в ту же эпоху, что и кратеры лунных материков, то есть 3,5-4 миллиарда лет назад. Часть из них довольно хорошо сохранилась, некоторые сильно разрушены, а есть и такие, от которых остались лишь едва заметные следы.

Многочисленные метеоритные кратеры были с помощью космических аппаратов обнаружены также и на самой близкой к Солнцу планете Солнечной системы Меркурии. Они покрывают практически всю поверхность этого небесного тела. Наиболее крупные из них имеют в поперечнике несколько десятков километров, наиболее мелкие (которые удалось разглядеть на телевизионных снимках, переданных из космоса) - около пятидесяти метров. В среднем, таким образом, кратеры Меркурия обладают меньшими размерами, чем лунные.

На многих крупных меркурианских кратерах можно обнаружить мелкие кольцевые образования, видимо, более позднего происхождения. Это говорит о том, что на ранней стадии существования Меркурия на его поверхность падали космические глыбы разных размеров, в том числе и весьма крупные, а с течением времени метеоритный материал в космическом пространстве становился все мельче. Справедливость подобного вывода подтверждается и тем, что более поздние по своему происхождению кратеры лунных морей значительно меньше по размерам, чем более древние континентальные кратеры. При этом нелишне отметить, что поверхность Меркурия формировалась приблизительно в ту же эпоху, что и лунные материки, то есть около 4-4,5 млрд. лет назад.

С помощью радиолокационных измерений были обнаружены кратерные образования и на планете Венера. Как известно, поверхность этой планеты в телескопы увидеть нельзя из-за сплошного непрозрачного слоя облачности. Но радиоволны проходят сквозь облачный слой и, отразившись от поверхности планеты, приносят информацию о характере ее рельефа. В результате радионаблюдений в одном из участков экваториальной области Венеры было зарегистрировано свыше десяти кольцевых кратеров диаметром от 35 до 150 км. Был также обнаружен кратер с поперечником около 300 км и глубиной в 1 км. Ему присвоено имя известного физика, одного из пионеров исследования радиоактивности, Лизы Мейтнер.

В отличие от лунных кратеров, а также кратеров Меркурия, венерианские кратеры довольно сильно сглажены.

Кроме того, на Венере была обнаружена похожая на кратер кольцевая структура довольно правильной формы, окруженная сильно разрушенным двойным валом с поперечником около 2600 км. Однако относительно природы этого образования существуют различные точки зрения.

Как известно, Юпитер и Сатурн - это водородно-ге-лиевые планеты. Однако их многочисленные спутники являются телами земного типа. И как показали космические исследования последних лет, они тоже в свое время подвергались интенсивной метеоритной бомбардировке. Например, следы многочисленных метеоритных ударов видны на поверхности так называемых галилеевых спутников Юпитера Ганимеда и особенно Каллисто. Оба эти спутника покрыты толстыми ледяными панцирями, поэтому кратерные образования на них имеют значительно более светлую окраску, чем кольцевые структуры на Луне. На снимке Ганимеда хорошо виден также большой темный бассейн диаметром свыше 3000 км. Не исключено, что это «след» столкновения Ганимеда с очень крупным телом типа астероида.

Отчетливые метеоритные кратеры просматриваются и на поверхности некоторых спутников планеты Сатурн.

Так, например, на Мимасе, на стороне, постоянно обращенной к Сатурну, хорошо виден огромный метеоритный кратер, поперечник которого - 130 км - равен одной третьей части поперечника самого Мимаса. Как показывают расчеты, будь удар, вызвавший образование этого кратера, чуть сильнее, и Мимас развалился бы на части. Кратеры покрывают и всю остальную поверхность Мимаса, делая его похожим на Луну. Они меньше по размерам, но зато довольно глубокие.

Рис. 6. Спутник Юпитера Каллисто. (Снимок получен космическим аппаратом 'Вояджер-1'.)

Есть крупные метеоритные кратеры и на поверхности другого спутника Сатурна - Дионы. Поперечник самого большого - около 100 км. От некоторых из них расходятся светлые лучи, видимо, образовавшиеся в результате выброса материала при ударах крупных метеоритных тел. Не исключено, правда, что лучи, о которых идет речь, представляют собой отложения инея на поверхности Дионы.

Наиболее крупные кратеры обнаружены на спутнике Сатурна Рее. Они достигают 300 км в поперечнике. Многие из них имеют центральные пики. Вообще, своим внешним видом Рея также весьма напоминает Луну или Меркурий.

С помощью автоматической межпланетной станции «Вояджер-2», побывавшей в районе Сатурна в конце августа 1981 г., на спутнике этой планеты Тефии был зарегистрирован кратер поперечником около 400-500 км.

Специалисты считают, что этот кратер скорее всего образовался в результате столкновения Тефии с массивным телом.

Рис 7 Спутник Сатурна Рея. (Снимок получен космическим аппаратом 'Вояджер-1'.)

Кратер поперечником около 100 км обнаружен и на поверхности спутника Сатурна Гиперйона. Оказалось также, что этот спутник обладает неправильной формой, похожей на картофелину. По мнению ученых, столь необычную форму Гиперион мог приобрести в результате космического столкновения.

Таким образом, образование кратеров в результате падения метеоритных тел - явление, характерное как для планет земной группы, так и для спутников планет-гигантов. Но в таком случае возникает вполне естественный вопрос: почему подобных кольцевых образований нет на нашей планете Земля?

Правда, кольцеобразные воронки, возникшие на месте падения метеоритов на Земле, существуют. Один из таких кратеров находится в США в штате Аризона. Его поперечник около 1200 м, а глубина достигает 174 м. Целая группа метеоритных кратеров обнаружена и на острове Сааремаа в Эстонии. Наибольший из них имеет около 110 метров в поперечнике и заполнен водой.

Однако все эти и подобные им кратеры по своим размерам не идут ни в какое сравнение с наиболее крупными аналогичными кольцевыми образованиями, например, на Луне. И до недавнего времени считалось, что на Земле кратеров таких масштабов не существует вообще.

Это обстоятельство представлялось по меньшей мере странным, поскольку Земля формировалась в ту же эпоху, что и соседние с ней небесные тела. Следовательно в отдаленном прошлом на ее поверхность также должны были падать крупные метеориты. Возможное объяснение состояло в том, что за миллионы и миллиарды лет гигантские воронки, образовавшиеся в местах их падения, подвергались воздействию целого ряда природных факторов, совокупность которых характерна именно для Земли: дождя, ветра, сезонных колебаний температуры, различных подвижек земной коры... Кроме того, на Земле существует биосфера, оказывающая весьма существенное преобразующее воздействие на строение поверхностных слоев нашей планеты.

Рис. 8. Аризонский метеоритный кратер

В то же время, геологические структуры, подобные гигантским кольцевым метеоритным кратерам, могли возникать чисто земными путями, не имеющими никакого отношения к падениям космических тел. К числу таких явлений, способных вызвать образование больших круговых впадин, относятся, например, проседания поверхностных слоев в карстовых районах, всплывания ледяных масс в областях вечной мерзлоты, и, в особенности, вулканические процессы.

Можно ли отличить древние гигантские метеоритные кратеры - их называют астроблемами - скажем, от вулканических образований? Такая возможность, в принципе, существует. Дело в том, что вулканические процессы тесно связаны с определенным характером строения земной коры в данном районе, они подготовлены всей предшествующей историей развития того или иного ее участка. Расположение же метеоритных кратеров совершенно случайное, поскольку метеориты с равной степенью вероятности могли падать в любой точке нашей планеты. Иными словами, метеоритные кратеры располагаются вне всякой зависимости от геологических структур.

Так как падения крупных метеоритных тел сопровождаются выделением значительного количества энергии при ударе о земную поверхность, то в метеоритных кратерах, как правило, можно обнаружить сдвиги пород в радиальных направлениях. Кроме того, в результате дробления пород в районе крупных метеоритных кратеров нарушается характерное для данного района расположение магнитных силовых линий.

Наконец, в местах падения гигантских метеоритов обнаруживаются специфические конусовидные образования размером от нескольких сантиметров до нескольких метров, для возникновения которых необходимы сверхвысокие давления. При ударах большой силы происходит также образование особых модификаций кварца, обладающих необычными физическими свойствами.

Чтобы оценить грандиозный характер явлений, возникающих при падении гигантских метеоритов, достаточно сравнить их с таким могучим природным процессом, как извержения вулканов. Во время гигантского взрыва, которым сопровождалось происходившее несколько лет назад извержение вулкана Безымянный на Камчатке, давление в ударной волне составило около 3-5 килобар. Это максимальное давление, которое может вообще развиваться в ходе геологических процессов. А при падении гигантских метеоритов развивается давление до 250 и более килобар.

Таким образом, в принципе имеется возможность отличить древние астроблемы от сходных по форме геологических образований. А это очень важно: выявление метеоритной природы гигантских кольцевых структур представляет не только теоретический, но и большой практический интерес. Если та или иная структура имеет не вулканическое, а метеоритное происхождение, то по-иному будут оцениваться возможности существования в данном районе полезных ископаемых.

В 1970 г. на севере Красноярского края была открыта одна из самых интересных в мире астроблем - Попигайская. Ее поперечник достигает 100 км, а глубина - 200-250 м. Расчеты показывают, что метеорит, породивший такую астроблему, должен был иметь несколько километров в поперечнике. Падение этого космического тела произошло около 40 млн. лет назад. Интересно, что в Попигайской астроблеме характер растительности соответствует зоне лесотундры, в частности, обильно произрастает лиственница. В окрестностях же астроблемы растительность практически отсутствует, даже еще значительно южнее простирается тундра. Возможно, подобное явление объясняется тем, что астроблема образует котловину, лежащую значительно ниже уровня окружающей местности. А может быть, в астроблеме существует интенсивный тепловой поток из земных недр. Окончательный ответ на этот интригующий вопрос могут дать только специальные исследования.

В настоящее время на территории Советского Союза известно несколько десятков древних кольцевых структур (из них около 20 - на территории Казахской ССР). Метеоритное происхождение этих объектов пока находится под сомнением.

Таким образом и Земля, и другие небесные тела планетного типа, входящие в состав Солнечной системы, на определенном этапе своего существования подвергались интенсивной метеоритной бомбардировке. Это еще одно свидетельство в пользу того, что планеты формировались в едином процессе. И еще один вывод, имеющий немаловажное значение для выяснения закономерностей образования и эволюции Солнечной системы: в ее истории был период, когда в околосолнечном пространстве двигалось большое число крупных метеоритных тел.

Дальнейшее изучение метеоритных кратеров позволит глубже заглянуть в историю Земли и Солнечной системы.