Ударные структуры на Венере как результат разрушения астероидов в атмосфере

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Плотная атмосфера Венеры способна разрушать тела километрового размера, такие как астероиды, создавая на поверхности следы различных видов. В то время как более крупные космические тела способны достигать поверхности, создавая ударные кратеры или поля рассеяния кратеров, меньшие тела эффективно передают начальную кинетическую энергию в атмосферу, что приводит к “атмосферному взрыву” на некоторой высоте. В этих случаях наиболее заметные следы на поверхности Венеры создаются атмосферными ударными волнами и потоком газа за ударными фронтами, отраженными от твердой поверхности. Переходные размеры ударников, разрушающихся в атмосфере, но достигающих поверхности, порождают кластеры кратеров. В работе приводятся первые результаты трехмерных расчетов разрушения каменных астероидов в атмосфере Венеры, указывающие на существенные отличия от простых двумерных осесимметричных расчетов.

Full Text

Restricted Access

About the authors

В. В. Шувалов

Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского РАН

Author for correspondence.
Email: valeryvshuvalov@gmail.com
Russian Federation, Москва

Б. А. Иванов

Институт динамики геосфер им. академика М.А. Садовского РАН

Email: valeryvshuvalov@gmail.com
Russian Federation, Москва

References

  1. Петров Г.И., Стулов В.П. Движение больших тел в атмосфере планет // Космич. исслед. 1975. № 13. С. 587–594.
  2. Шувалов В.В., Трубецкая И.А. Гигантские болиды в атмосфере Земли // Астрон. вестн. 2007. Т. 41. № 3. С. 241–251. (Shuvalov V.V., Trubetskaya I.A. Aerial bursts in the terrestrial atmosphere // Sol. Syst. Res. 2007. V. 41. № 3. P. 220–230).
  3. Шувалов В.В. Численное моделирование торможения астероидов в атмосфере Венеры // Динамич. процессы в геосферах. 2022. Т. 14. № 2. С. 92–98.
  4. Шувалов В.В., Иванов Б.А. Трехмерное моделирование торможения астероида в атмосфере Венеры // Динамич. процессы в геосферах. 2023. Т. 15. № 1. С. 54–62.
  5. Artemieva N., Pierazzo E. The Canyon Diablo impact event: 2. Projectile fate and target melting upon impact // Meteoritics and Planet. Sci. 2011. V. 46. № 6. P. 805–829.
  6. Arvidson R.E., Boyce J., Chapman C., Cintala M., Fulchignoni M., Moore H., Neukum G., Schultz P., Soderblom L., Strom R., Woronow A., Young R. Standard techniques for presentation and analysis of crater size-frequency data // Icarus. 1979. V. 37. № 2. P. 467–474.
  7. Basilevsky A.T., Head J.W. Venus: Analysis of the degree of impact crater deposit degradation and assessment of its use for dating geological units and features // J. Geophys. Res.: Planets. 2002. V. 107. № E8. P. 5–1–5–38.
  8. Basilevsky A.T., Head J.W., Setyaeva I.V. Venus: Estimation of age of impact craters on the basis of degree of preservation of associated radar-dark deposits // Geophys. Res. Lett. 2003. V. 30. № 18.
  9. Bondarenko N.V., Kreslavsky M.A. Surface properties and surficial deposits on Venus: New results from Magellan radar altimeter data analysis // Icarus. 2018. V. 309. № 7. P. 162–176.
  10. Cook C.M., Melosh H.J., Bottke W.F. Doublet craters on Venus // Icarus. 2003. V. 165. № 1. P. 90–100.
  11. Daubar I.J., Banks M.E., Schmerr N.C., Golombek M.P. Recently formed crater clusters on Mars // J. Geophys. Res.: Planets. 2019. V. 124. № 4. P. 958–969.
  12. Daubar I.J., Dundas C.M., McEwen A.S., Gao A., Wexler D., Piqueux S., Collins G.S., Miljkovic K., Neidhart T., Eschenfelder J., and 8 co-authors. New craters on Mars: An updated catalog // J. Geophys. Res.: Planets. 2022. V. 127. № 7. id. e2021JE007145.
  13. Herrick R.R., Bjonnes E.T., Carter L.M., Geria T., Ghail R.C., Gillmann C., Gilmore M., Hensley S., Ivanov M.A., Izenberg N.R., Mueller N.T., O'Rourke J. G., Rolf T., Smrekar S.E., Weller M.B. Resurfacing history and volcanic activity of Venus // Space Sci. Rev. 2023. V. 219. № 4. id. 29.
  14. Herrick R.R., Phillips R.J. Effects of the Venusian atmosphere on incoming meteoroids and the impact crater population // Icarus. 1994. V. 112. № 1. P. 253–281.
  15. Ivanov B.A., Basilevsky A.T., Kryuchkov V.P., Chernaya I.M. Impact craters of Venus: Analysis of Venera 15 and 16 data // J. Geophys. Res.: Solid Earth. 1986. V. 91. № B4. P. 413–430.
  16. Ivanov B.A. Footprints of Asteroid Atmospheric Explosions at the Surface of Venus // 13th Moscow Int. Sol. Syst. Symp. (13M-S3), October 10–14, 2022. Abstract Book. Мoscow: Space Research Institute, 2022. P. 314–316.
  17. Korycansky D.G., Zahnle K.J., Mac Low M.-M. High-resolution simulations of the impacts of asteroids into the Venusian atmosphere II: 3D models // Icarus. 2002. V. 157. P. 1–23.
  18. Korycansky D.G., Zahnle K.J. High-resolution simulations of the impacts of asteroids into the Venusian atmosphere III: Further 3D models // Icarus. 2003. V. 161. P. 244–261.
  19. McKinnon W.B., Zahnle K.J., Ivanov B.A., Melosh H.J. Cratering on Venus: Models and observations // Venus II / Eds: Bougher S.W., Hunten D.M., Phillips R.J. Tucson, Arizona: Univ. Arizona Press, 1997. P. 969–1014.
  20. Moroz V.I. The atmosphere of Venus // Space Sci. Rev. 1981. V. 29. № 1. P. 3–127.
  21. Passey Q.R., Melosh H2Effects of atmospheric breakup on crater field formation // Icarus. 1980. V. 42. № 2. P. 211–233.
  22. Phillips R.J., Arvidson R.E., Boyce J.M., Campbell D.B., Guest J.E., Schaber G.G., Soderblom L.A. Impact craters on Venus: Initial analysis from Magellan // Science. 1991. V. 252. № 5003. P. 288–297.
  23. Phillips R.J., Raubertas R.F., Arvidson R.E., Sarkar I.C., Herrick R.R., Izenberg N., Grimm R.E. Impact craters and Venus resurfacing history // J. Geophys. Res.: Planets. 1992. V. 97. № E10. P. 15923–15948.
  24. Schaber G.G., Strom R.G., Moore H.J., Soderblom L.A., Kirk R.L., Chadwick D.J., Dawson D.D., Gaddis L.R., Boyce J.M., Russell J. Geology and distribution of impact craters on Venus: What are they telling us? // J. Geophys. Res.: Planets. 1992. V. 97. № E8. P. 13257–13301.
  25. Schaller C.J., Melosh H2Venusian ejecta parabolas: Comparing theory with observations // Icarus. 1998. V. 131. № 1. P. 123–137.
  26. Schultz P.H., Gault D.2Clustered impacts – Experiments and implications // J. Geophys. Res.: Solid Earths. 1985. V. 90. № P. 3701–3732.
  27. Shuvalov V.V. Multi-dimensional hydrodynamic code SOVA for interfacial flows: Application to thermal layer effect // Shock Waves. 1999. V. 9. № 6. P. 381–390.
  28. Shuvalov V., Kűhrt E., De Niem D., Wűnnemann K. Impact induced erosion of hot and dense atmospheres // Planet. and Space Sci. 2014. V. 98. P. 120–127.
  29. Stone J., Norman M. ZEUS2D. A radiation magnetohydrodynamic code for astrophysical flows in two space dimensions // Astrophys. J. Suppl. 1992. V. 80. P. 753–790.
  30. Strom R.G., Schaber G.G., Dawsow D.D. The global resurfacing of Venus // J. Geophys. Res.: Planets. 1994. V. 99. № E5. P. 10899–10925.
  31. Svetsov V.V., Nemtchinov I.V., Teterev A.2 Disintegration of Large Meteoroids in Earth’s atmosphere: Theoretical models // Icarus. 1995. V. 116. № 1. P. 131–153.
  32. Svetsov V.V. Total ablation of the debris from the 1908 Tunguska Explosion // Nature. 1996. V. 383. P. 697–699.
  33. Takata T., Ahrens T.J., Phillips R.J. Atmospheric effects on cratering on Venus // J. Geophys. Res.: Planets. 1995. V. 100. № E11. P. 23329–23348.
  34. Thompson S.L., Lauson H.S. Improvements in the Chart-D radiation hydrodynamic code III: Revised analytical equation of state // Rep. SC-RR-71 0714. Albuquerque, NM: Sandia Laboratories, 1972. 119 p.
  35. Werner S.C., Ivanov B.A. Exogenic dynamics, cratering, and surface ages (chapter 10.10) // Treatise on Geophysics (Second Edition) / Ed. Schubert G. Oxford: Elsevier, 2015. P. 327–365.
  36. Wood (Jr) D.A. Effects of Airbursts on the Surface of Venus. Tucson, AZ: Univ. Arizona Press, 2000. 263 p.
  37. Zahnle K.J. Airburst origin of dark shadows on Venus // J. Geophys. Res.: Planets. 1992. V. 97. № E6. P. 10243–10255.
  38. Zasova L.V., Gorinov D.A., Eismont N.A., Kovalenko I.D., Abbakumov A.S., Bober S.A. Venera-D: A design of an automatic space station for Venus exploration // Sol. Syst. Res. 2020. V. 53. № 7. P. 506–510.
  39. Zasova L.V., Zeleny L.M., Korablev O.I., Sedykh O.Y., Venera-D Science Definition Team. VENERA-D Mission for Comprehensive Study of Venus // 19th Meeting of the Venus Exploration Analysis Group, 8–9 November, 2021, abs. #8055.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. R-representation of the distribution of craters on Venus and the Moon by diameters with a step Dright = Dleft × 21/2: (a) – distribution on Venus compared to a similar distribution of lunar impact craters (1 – lunar craters accumulated over 1 billion years, 2 – the same distribution for an age of 0.4 billion years, 3 – all 942 impact craters on Venus from the USGS catalog, 4 – clusters of impact craters on Venus (89 clusters, the effective crater diameter Deff = (D13+D23+…)1/3 was used)); (b) – the same data as in panel (a) compared with the scaled distribution of the sizes of radio-bright (“light”) circles and radio-dark (“dark”) rings/arcs R*(D*) (see equations 3 and 4 below), (5 – “light” circles-rafts with a conventional diameter D*, 6 – dark rings/arcs with a conventional diameter D*).

Download (176KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Examples of shock wave “imprints” on the surface of Venus without visible impact craters in the center. “Dark” rings: (a) – 267.4E, 11.8S; (b) – 314.4E, 32.9N. “Light” circles: (c) – 178.1E; 1.4S, (d) – 156.4E, 4N. The images were constructed using the JMars program (https://jmars.asu.edu/). The numbers in the description indicate the coordinates in the “east longitude” (“E”) and “latitude” (“N”/“S” – “north”/“south”) system.

Download (644KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the effective diameter of a pair (or cluster) of craters, Deff, on the ratio L/Deff, where L is the maximum distance of the center of the smallest crater (in a pair or cluster) from the center of the main crater. The black dots in the upper part of the figure show the number of craters recognized at the impact site. The dotted line (1) is the visible limiting line of the divergence L~30 Deff. Regression line 2 corresponds to the ratio (3). The vertical dotted lines limit the range of effective diameters of structures from ~2.5 km (3) to ~25 km (4).

Download (181KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. For paired craters, the dependence of the distance of the second crater center from the center of the first (largest) crater D1 is shown: (a) - along the supposed direction of impactor flight; (b) - in the perpendicular direction. The dotted horizontal lines correspond to the upper limit of crater dispersion in clusters of ~30 km, shown in Fig. 3. The thick inclined straight line corresponds to the distance of crater centers in a pair equal to the diameter of the largest crater. The dotted lines correspond to the expected divergence of two impactor fragments with a fall trajectory with an inclination of 45o, 30o, and 15o.

Download (150KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Two-dimensional and three-dimensional images of a cloud of fragments formed during the fall of an asteroid 1 km in diameter, falling at an angle of 45º in the atmosphere of Venus, obtained in a two-dimensional calculation: (a) – in the plane passing through the trajectory, the distribution of the relative density of the atmospheric gas is shown in gray (the darker, the higher the density), and fragments of the asteroid are shown in black; (b) – the same cloud of fragments is shown in three-dimensional geometry (the light gray surface corresponds to the shock wave front, the substance of the destroyed asteroid is shown in dark gray). The images correspond to an altitude of 15 km. Distances in kilometers are indicated along the coordinate axes.

Download (173KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Deformation and destruction of an asteroid with an initial diameter D0=1 km, falling at an angle of 45° in the Venusian atmosphere: (a) – at altitudes of 50 km; (b) – 15 km. The shock wave in the atmosphere is shown in light gray, the asteroid and its fragments in dark gray. Distances along the axes are indicated in kilometers.

Download (195KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. The crater field formed 5 s after the bow shock wave reached the planet's surface: (a) - a cloud of fragments of the same asteroid as in Fig. 6, and the shock wave surrounding it immediately before impact with the solid surface (the shock wave is shown in light gray, the asteroid substance in dark gray); (b) - a cluster of craters formed after the impact. Distances are indicated in kilometers.

Download (193KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Radar images of crater clusters on Venus: (a) unnamed cluster, 126 E, 46.3 S (No. 642 in the catalog); (b) Qulzhan cluster, 165.4 E, 23.5 N (No. 610 in the catalog). The images were constructed using the JMars program (https://jmars.asu.edu/).

Download (460KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Dependences on the altitude during the fall of asteroids of different diameters D0 (on the graphs near each curve the values ​​of D0 in kilometers are indicated) at an angle of 45º: (a) – the energy of the asteroid E/E0; (b) – the effective diameter of the asteroid D/D0.

Download (220KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Dependences on the initial diameter D0 at a trajectory inclination angle of 45º: (a) – relative energy E/E0; (b) – relative effective diameter D/D0 of an asteroid (or a cloud of its fragments) at the moment of impact on a solid surface. Black curves show the results of three-dimensional calculations, gray ones – the results of two-dimensional calculations (Shuvalov, 2022).

Download (154KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Dependences on the initial diameter D0 at a trajectory inclination angle of 45° (black curves) and 90° (gray curves): (a) – relative energy E/E0; (b) – relative effective diameter D/D0 of the asteroid (or cloud of its fragments) at the moment of impact on a solid surface.

Download (151KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».