Ударные структуры на Венере как результат разрушения астероидов в атмосфере

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. В. Шувалов

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

Автор, ответственный за переписку.
Email: valeryvshuvalov@gmail.com
Россия, Москва

Б. А. Иванов

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

Email: valeryvshuvalov@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  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.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. R-представление распределения кратеров Венеры и Луны по диаметрам с шагом Dright = Dleft × 21/2: (а) – распределение на Венере по сравнению с аналогичным распределением лунных ударных кратеров (1 – лунные кратеры, накопленные за 1 млрд лет, 2 – то же распределение для возраста 0.4 млрд лет, 3 – все 942 ударных кратера Венеры из каталога USGS, 4 – кластеры ударных кратеров Венеры (89 кластеров, использован эффективный диаметр кратера Deff = (D13+D23+…)1/3)); (б) – те же данные, что и на панели (а) в сравнении с масштабированным распределением по размерам радиоярких (“светлых”) кругов и радиотемных (“темных”) колец/дуг R*(D*) (см. ниже уравнения 3 и 4), (5 – “светлые” круги-сплотчи с условным диаметром D*, 6 – темные кольца/дуги с условным диаметром D*).

Скачать (176KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Примеры “отпечатков” воздушной ударной волны на поверхности Венеры без видимых ударных кратеров в центре. “Темные” кольца: (а) – 267.4E, 11.8S; (б) – 314.4E, 32.9N. “Светлые” круги: (в) – 178.1E; 1.4S, (г) – 156.4E, 4N. Изображения построены с помощью программы JMars (https://jmars.asu.edu/). Цифры в описании означают координаты в системе “восточная долгота” (“E”) и “широта” (“N”/“S” – “северная”/“южная”).

Скачать (644KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость от эффективного диаметра пары (или кластера) кратеров, Deff, отношения L/Deff, где L – максимальное удаление центра наименьшего кратера (в паре или кластере) от центра главного кратера. В верхней части рисунка черными точками показано число кратеров, распознающихся на месте удара. Пунктир (1) – видимая линия ограничения расхождения L~30 Deff. Линия регрессии 2 соответствует соотношению (3). Вертикальные пунктирные линии ограничивают диапазон эффективных диаметров структур от ~2.5 км (3) до ~25 км (4).

Скачать (181KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Для парных кратеров показана зависимость удаления центра второго кратера от центра первого (наибольшего) кратера D1: (а) – вдоль предполагаемого направления полета ударников; (б) – в перпендикулярном направлении. Точечные горизонтальные линии соответствуют верхнему пределу рассеяния кратеров в кластерах ~30 км, показанных на рис. 3. Толстая наклонная прямая соответствует расстоянию центров кратеров в паре, равному диаметру наибольшего кратера. Пунктирные линии соответствуют ожидаемому расхождению двух фрагментов ударника с траекторией падения с наклоном 45о, 30о и 15о.

Скачать (150KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Полученные в двумерном расчете двумерная и трехмерная картинки облака фрагментов, образующегося при падении астероида диаметром 1 км, падающего под углом 45º в атмосфере Венеры: (а) – в плоскости, проходящей через траекторию, серым цветом показано распределение относительной плотности атмосферного газа (чем темнее, тем выше плотность), черным – фрагменты астероида; (б) – то же облако фрагментов показано в трехмерной геометрии (светло-серая поверхность соответствует фронту ударной волны, темно-серым цветом показано вещество разрушенного астероида). Рисунки соответствуют высоте 15 км. По осям координат указаны расстояния в километрах.

Скачать (173KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Деформация и разрушение астероида с начальным диаметром D0=1 км, падающего под углом 45о в венерианской атмосфере: (а) – на высотах 50 км; (б) – 15 км. Светло-серым цветом показана ударная волна в атмосфере, темно-серым – астероид и его фрагменты. Расстояния по осям указаны в километрах.

Скачать (195KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Образующееся кратерное поле через 5 с. после достижения головной ударной волной поверхности планеты: (а) – облако фрагментов того же астероида, что и на рис. 6, и окружающая его ударная волна непосредственно перед ударом по твердой поверхности (светло-серым цветом показана ударная волна, темно-серым – вещество астероида); (б) – кластер кратеров, образовавшихся после удара. Расстояния указаны в километрах.

Скачать (193KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Радарные изображения кластеров кратеров на Венере: (а) – безымянный кластер, 126 в. д., 46.3 ю. ш. (№ 642 в каталоге); (б) – кластер Qulzhan, 165.4. в. д., 23.5 с. ш. (№ 610 в каталоге). Изображения построены с помощью программы JMars (https://jmars.asu.edu/).

Скачать (460KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимости от высоты при падении астероидов разного диаметра D0 (на графиках около каждой кривой указаны значения D0 в километрах) под углом 45º: (а) – энергии астероида E/E0; (б) – эффективного диаметра астероида D/D0.

Скачать (220KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимости от начального диаметра D0 при угле наклона траектории 45º: (а) – относительной энергии E/E0; (б) – относительного эффективного диаметра D/D0 астероида (или облака его фрагментов) в момент удара по твердой поверхности. Черные кривые показывают результаты трехмерных расчетов, серые – результаты двумерных расчетов (Шувалов, 2022).

Скачать (154KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Зависимости от начального диаметра D0 при угле наклона траектории 45° (черные кривые) и 90° (серые кривые): (а) – относительной энергии E/E0; (б) – относительного эффективного диаметра D/D0 астероида (или облака его фрагментов) в момент удара по твердой поверхности.

Скачать (151KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

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».