Что деформировало Марс?

В 2011 г. в пустыне Сахара был найден метеорит, получивший название «Черная красавица». Результаты изотопного анализа показали, что этот камень имеет марсианское происхождение — он был выбит с поверхности Красной планеты в результате мощного удара и набрал достаточную скорость, чтобы преодолеть ее притяжение и уйти в космос. В ходе дальнейших исследований выяснилось, что возраст метеорита составляет 4,4 млрд лет, то есть он всего на 130 млн лет моложе самого Марса.

Гипсометрический глобус Марса. Разными цветами показана высота местности относительно среднего (зеленого) уровня: желтый, оранжевый и красный соответствуют возвышенностям, голубой, синий и фиолетовый — впадинам. Хорошо заметно, что северное полушарие планеты (вверху) почти полностью занимает обширная низменность. В южном полушарии видна сине-фиолетовая Равнина Эллады (Hellas Planitia), представляющая собой дно ударного кратера диаметром около 2300 км, который возник примерно 4 млрд лет назад при падении астероида размером порядка сотни километров.

Химический анализ «Черной красавицы» показал, что в ней содержится большое количество сидерофильных элементов, к которым относят рутений, родий, палладий, осмий, иридий, молибден, платину и золото. Согласно современным представлениям, после образования планет (в том числе Земли) с дальнейшим расплавлением и дифференциацией их недр все подобные тяжелые элементы должны были опуститься к ядру. Тем не менее, их концентрация в метеорите оказалась намного выше ожидаемой. Похожее несоответствие наблюдается и на нашей планете. Здесь его объясняют с помощью получившей широкое признание «гипотезы Тейи» — так назвали крупное планетоподобное тело, столкнувшееся с Землей на ранних этапах ее эволюции, что привело, в частности, к появлению Луны.

В прошлом году исследователи из Токийского технологического института попытались объяснить химический состав «Черной красавицы» последствиями аналогичного катаклизма, пережитого Марсом вскоре после завершения его формирования. Недавно группа планетологов из Университета Колорадо в Боулдере (University of Colorado, Boulder) решила найти ответ на вопрос, какими могли быть размеры объекта-импактора. Для этого они прибегли к компьютерной симуляции. Ученые случайным образом сгенерировали виртуальные планетезимали диаметром от 1 до 2000 км (соотношение крупных и мелких тел вычислялось на основе данных о Главном поясе астероидов) и проверили, как будет меняться состав мантии Земли, Луны и Марса при столкновениях с ними.

Метеорит, получивший неофициальное название «Черная красавица» и обозначение NWA 7034 (аббревиатура указывает на его происхождение из Северо-западной Африки), имеет массу около 320 г.

Результаты моделирования показали, что необходимое количество сидерофильных элементов должно было «подняться» в мантию при столкновении с телом поперечником около 1200 км. Это даже больше карликовой планеты Цереры (1 Ceres). Подобное столкновение, разумеется, неизбежно оставило бы на марсианской поверхности грандиозный след. И у планетологов имеется отличный кандидат на его роль — Великая Северная равнина. Эта огромная низменность в северном полушарии Марса длиной 10 600 км и шириной 8 500 км лежит на 4-5 км ниже среднего радиуса планеты и покрыта заметно меньшим количеством кратеров, нежели ее остальные регионы.

Среди возможных последствий астероидного удара также называют существование Фобоса и Деймоса. Эти объекты совершенно не вписываются в привычную классификацию спутников планет. Внешне они очень похожи на небольшие астероиды, захваченные гравитацией Марса, однако, если бы это действительно имело место, их орбиты не были бы близкими к круговым и не лежали бы в плоскости его экватора. В то же время структура и размеры этих лун говорят о том, что они не возникли одновременно с центральным телом. Наиболее вероятным объяснением всех упомянутых несоответствий может быть тот факт, что оба спутника сформировались на ареоцентрической орбите из обломков, выброшенных после масштабного столкновения. Удар 1200-километрового планетоида вполне мог «выбить» достаточное количество вещества для образования Фобоса и Деймоса, а часть его должна была рассеяться в пространстве и выпасть на другие планеты.

Снимок Фобоса — крупнейшего марсианского спутника — на фоне горизонта Красной планеты, сделанный камерой HRSC (High Resolution Stereo Camera) европейского аппарата Mars Express.

Таким образом, теория большого столкновения способна вполне правдоподобно объяснить асимметрию полушарий Марса, химический состав «прибывших» с него метеоритов и происхождение марсианских спутников. Ее подтверждением мог бы стать анализ грунта Фобоса или Деймоса. Если теория верна, они должны частично состоять из вещества Красной планеты, а частично — из материала объекта-импактора.