Происхождение и динамика ударного метаморфизма

планетой. В отличие от планет, которые могут существовать в устойчивых планетных нишах триллионы лет, см. [8], жизнь астероидов ограничена максимум несколькими миллиардами лет, ибо они рано или поздно сталкиваются с другими небесными телами: иными астероидами, спутниками, планетами или самой звездой.

Так как в процессе орбитального движения комета со временем теряет большую часть летучих веществ, то в ее составе начинают превалировать ранее скрытые компоненты типов 2...4. В зависимости от предыстории кометы на этапе образования и аккреции, ее плотность становится ближе к одному из этих типов.

Конечным моментом жизни комет и астероидов является столкновение. Если второе тело имеет твердую поверхность, то возникает явление ударного (импактного) метаморфизма.

Полвека назад Эдвин Солпитер [9] нашел, что с увеличением массы количество звезд уменьшается квадратично.

В настоящее время наблюдениями в инфракрасном диапазоне удалось продлить функцию Солпитера до коричневых (инфракрасных) карликов.

Реально, функция масс Солпитера является фундаментальной зависимостью для куда большей шкалы. Ее фундаментальность определяется аккреционным характером эволюции небесных тел и квадратичной зависимостью сил аккреции от расстояния, то есть от величины площади сбора материала аккреции телом данной массы.

При внимательном взгляде, эту функцию можно увидеть в статистике метеорных тел (микрокомет), падающих на Землю. Их массы подчиняются той же статистике. Покажем, что той же статистике подчиняются и промежуточное звено между микрокометами и планетами юпитерианского типа.

Поэтому для получения распределения масс этих тел достаточно взять каталог кратеров Луны [10] и построить распределение количества кратеров по величине площади. Таким образом, небесные тела не образовались в едином протопланетном акте, но образуются постоянно в квазистационарном процессе. Причем, время образования планет не миллиарды, а триллионы лет, так как скорость аккреции чрезвычайно мала.

Период 4,56 миллиарда лет, считающийся в современной астрофизике возрастом планет Солнечной системы, есть всего на всего время, прошедшее с момента последней катастрофы – «новой», взрыва ядра Солнца с мощным световым и нейтронным облучением планет, за счет чего поверхностные слои планет обогатились радиоактивными элементами [11].

Рассматривая поверхность Луны в телескоп, легко увидеть, что так же, как в геофизике и палеонтологии, можно установить четкую иерархию возрастов ударных образований, когда более старый кратер, цирк или «море» перекрывается более молодыми ударными объектами.

Согласно ГАИШ-Дубненскому каталогу 1987 г. [10], содержащему 14918 объектов диаметром 10 км и более, суммарная поверхность кратеров и морей 14,48 млн км2 из 37,96 млн км2 поверхности Луны, то есть 38,14% ее территории.

Кроме зависимости, показанной на рис. 5, из статистики этого каталога видно, что в широком диапазоне каждый двоичный по площади класс кратеров покрывает одну и ту же территорию, примерно 1,4 млн км2. Лишь для кратеров диаметром менее 30 км площадь покрытия уменьшается, что естественно, так как они имеют не плоскую форму цирка, а объемную, и при меньшей суммарной площади занимают тот суммарный же объем.

Изложенное дает основание предполагать существенную стационарность процесса импактной аккреции в течение жизни Луны. Попутно отметим имеющее место, выравнивающее рельеф вторичное импактное перераспределение мелких фракций аккреционного материала по поверхности Луны в виде импактных осадков, выбиваемых из объемов кратеров при их образовании.

Используя обнаруженные свойства, автор пришел к заключению, что возраст участка поверхности Луны (и, вообще, участка любой безатмосферной планеты или астероида), очищенного ударной волной и импактными осадками от кратеров в момент, принимаемый за T = 0, статистически определяется долевой площадью покрытия этого участка новыми кратерами.

Этим методом автор определил возрасты более 100 крупнейших импактных объектов Луны, перечисленных в таблице 1. Средняя скорость покрытия поверхности Луны импактными образованиями, найденная автором, составляет 6,4·10–5 доли поверхности за 1 миллион лет.

Статистика этих возрастов показывает, что процесс импактной аккреции для шкалы времени короче 108 лет является не равномерным, а импульсным. Импульсная периодичность этого процесса явно определяется прохождением Солнечной системы через рукава Галактики, имеющие высокую плотность вещества, в том числе и комет в зоне ударной галактической волны.

Из анализа этого распределения ясно, что за последние 4,56 млрд лет Луна покрывалась кратерами слой за слоем, многократно с экспоненциальной постоянной времени, намного меньше этого периода (~596 млн лет).

Из таблицы 1 видно, что моря, на самом деле, – относительно молодые образования, покрытые малым количеством кратеров.

Таким образом, обнажается мифичность 2...3 млрд летних возрастов лунных объектов, присвоенных им современной астрофизикой. Из более, чем ста исследованных объектов не оказалось ни одного, имеющего возраст более 1 миллиарда лет. Более древние объекты просто погребены молодыми объектами и импактными осадками.

Наблюдаемая ныне кажущаяся тишина в импактном процессе Луны всего лишь видимость, связанная с двумя факторами – субъективным и объективным:

период инструментального наблюдения людьми Луны ничтожен по астрономическим масштабам (средняя частота самых мелких событий каталога [10] порядка 1 события за 60 тысяч лет);

сейчас мы находимся вне галактического рукава, встреча с которым нас ждет в ближайшем будущем (по астрономическим масштабам), в течение 3...6 млн лет.

Ближайшее время будет характеризоваться экспоненциальным увеличением плотности бомбардировок Луны и Земли авангардными кометными телами из галактического рукава, что видно по нарастанию интенсивности бомбардировок Луны в четвертичный период. Доля комет высокой, вплоть до галактической, скорости будет возрастать в связи с уменьшением расстояния до фронта галактического рукава.

Не только популярные издания, но и профессионалы часто неаккуратно относятся к терминологии, что ведет к мифологизации астрофизики.

Также как птичьи окорочка не летают в небе, метеориты не летают в космосе.

Метеориты – это твердые ископаемые, космического происхождения. Это ударно метаморфизированные остатки малых небесных тел, когда-то упавших на Землю. Метаморфизация космических тел настолько радикальна, что небесное тело и метеорит совершенно отличны друг от друга. Реально, среди малых небесных тел, кроме «новых» и «старых» комет в межпланетном и межзвездном пространстве нет ничего другого. Поэтому «метеоритная теория» происхождения лунных кратеров ложна, начиная со своего названия.

Еще 400 лет назад великий Иоганн Кеплер открыл межзвездное происхождение комет по гиперболическим траекториям непериодических, то есть новых комет. Однако после выдвижения математиком Лапласом гипотезы о протопланетном облаке, об открытии Кеплера забыли, и оно игнорируется до сих пор, хотя ясно, как день.

Кометы образуются путем последовательной агрегации продуктов взрывов сверхновых, сконцентрированных по преимуществу в рукавах Галактики и в гигантских молекулярных облаках (ГМО).

Среди этих продуктов не только газы и пыль, но скальные осколки планет и твердых звездных ядер. Твердые скальные породы составляют в среднем 1...4% от массы «новых» комет, водяной лед, снег и сжиженные и абсорбированные газы – до 98%. При этом надо иметь ввиду, что «новой» комета является лишь с точки зрения земного наблюдателя, когда она впервые входит в гравитационное поле Солнца на расстояние менее 5 а.е. и становится наблюдаемой за счет интенсивного испарения вещества. До этого момента, находясь в холодном космическом пространстве, она лишь наращивает свою массу за счет аккреции.

Свидетельством экзопланетного происхождения метеоритов являются многочисленные находки метеоритов с включениями живых окаменелостей – морских раковин и останков других организмов. Первым твердым подтверждением наличия в метеоритном теле органической окаменелости является падение такого тела на борт морского судна в XIX веке.

Широко известна находка метеорита с отпечатками внеземных бактерий (не встречающихся на Земле размеров) в Антарктиде. Приписывание этому метеориту марсианского происхождения абсурдно, так как на Марсе не существует такого прочного материала и таких эруптивных сил, которые позволили бы развить скальным породам вторую космическую скорость. Такие осколки горной породы могли быть эруптированы только при взрыве ядра экзопланеты при облучении его нейтронами от воздействия ударной волны сверхновой. Поэтому это тоже продукты взрывов сверхновых

Входя в зону интенсивного испарения (ближе 5 а.е. от Солнца), комета теряет лишь газы и легкоплавкие вещества (в основном, воду). При этом работает естественный тормозной эффект: Испарение, происходящее с солнечной стороны, гасит скорость при приближении кометы к Солнцу. Это переводит кометы, входящие с низкой скоростью в гравитационную яму Солнца, с гиперболической на вытянутую эллиптическую орбиту. Так комета становится периодической.

Со временем эксцентриситет кометы уменьшается за счет реактивного торможения испаряемыми газами и межпланетным веществом. Комета усыхает и превращается в астероид, заняв место спутника одной из планет, либо захватывается нишей пояса астероидов (пустой планетной нишей, ранее занимавшейся Луной, см. [8]), либо падает на Солнце, либо сталкивается с одной из планет.

Распределение скоростей комет при падении на планету имеет тот же вид, что и хорошо изученное распределение скорости метеороидов – вошедших в атмосферу Земли микрокомет, так как их судьба ничем принципиально не различается. Это гости из межзвездного пространства.

Специфика состоит в том, что в зависимости от источника тел, имеется 3 независимых моды распределения.

Первая мода, совпадающая с обычным распределением для микрокомет ограничивается снизу глубиной гравитационной ямы планеты (для Земли – 11 км/с; для Луны – 2 км/с). Сверху оно ограничивается суммой орбитальной скорости планеты и второй космической для гравитационной ямы Солнца на уровне орбиты Земли, то есть 2,41Vorb = 72 км/с. Это распределение для микрокомет, астероидов («усохших» комет) и «новых» комет падающих в гравитационную яму Солнца с низкой первоначальной скоростью.

Вторая мода соответствует скорости комет из галактического рукава в период вхождения планетной системы в рукав. В первом приближении она равна галактической скорости Солнца (скорости набегания фронта ударной волны рукава) 200 км/с ± 30 км/с орбитальной скорости Земли. Глубина гравитационной ямы Солнца здесь играет незначительную роль, так как время прохождения кометы на галактической скорости через Солнечную систему мало.

Третья мода возникает при ударе высокоскоростных комет о поверхность Луны и выбивании части лунного материала со скоростью больше 2 км/с.

Для Луны характерны лишь две первые моды, так как никакие тела, падающие на Землю, не могут придать осколкам скорость до 11 км/c для попадания их на Луну. В отличие от Земли планетарная мода для кометоидных тел, падающих на Луну имеет нижний предел не 11 км/с, а только 2 км/с в связи с малой гравитацией Луны.

Эти две моды придают коренное различие ударам тел планетарной и галактической скоростей. Если мы вычислим удельную кинетическую энергию тел галактической скорости, то увидим, что их энергия равна удельной энергии атомных бомб, сброшенных США на японские города Хиросиму и Нагасаки. Эта особенность определяет в корне отличные ударные свойства галактических комет, которые будут рассмотрены ниже.

Как установил в 1924 году новозеландский геофизик Джиффорд, при столкновении малых небесных тел с поверхностью планеты выделяется так много энергии, что небесное тело мгновенно нагревается до высоких температур и взрывается [12, 13]. Позже к такому же выводу пришли Э. Эпик [21] и К.П. Станюкович [22]. Джиффорд объясняет этим круглую кольцевую форму кратеров вне зависимости от угла падения небесного тела.

Для предела планетарных скоростей в 72 км/с температура газа может достигать 10 миллионов градусов, а для галактической скорости 170...230 км/с – до 100 млн градусов, что может вызвать не только ударную волну, но и плавление поверхности планеты в радиусе многих километров. Однако на самом деле имеет место образование, как минимум, двух различных типов структур: кратеров и цирков.

В чем дело?

Анализируя состав и физико-механические свойства кометного вещества, автор пришел к выводу о том, что имеет место два взрыва, соответственно двум фракциям комет.

Первый «накладной» взрыв происходит практически мгновенно при касании кометного тела поверхности безатмосферной планеты. Это взрыв абсорбированных кометных газов, воды, снега и льда. В данном случае кинетическая энергия вещества кометы практически мгновенно преобразуется в тепловую энергию хаотического движения молекул.

Второй «фугасный» взрыв происходит с задержкой на время, необходимое для нагрева и разрушения скальной породы, имеющейся в кометном теле.

Задержка этого взрыва объясняется следующими причинами:

Высокой температурой разрушения (тугоплавкостью) горной породы.

Механической прочностью и механической добротностью кристаллической породы.

Фазовым переходом породы во сверхсжатое состояние.

Действие первой причины вполне ясно. На нагрев тела до высокой температуры необходимо время.

Действие второй причины объясняется тем, что типичная горная порода имеет высокую механическую добротность, определяемую кристаллической микроструктурой, то есть эффективный «молекулярный» вес кристаллических составляющих в тепловом взаимодействии очень высок. Каждое зерно породы до разрушения взаимодействует в тепловом процессе как одна молекула очень большой молекулярной массы, а значит, практически не нагреваясь от взаимодействия с молекулами газа, но лишь упруго реагируя на внешние удары. Это может продолжаться до ~100 миллисекунд. Однако если предел прочности породы превышается, происходит взрыв с задержкой на эти миллисекунды. В это время тугоплавкая компонента ударника превращается в своеобразную картечь из реголита и газы, оказывающие фугасное действие на окружающие породы, в которые успел погрузиться ударник. Красивыми иллюстрациями являются Аризонский кратер в США и Патомский кратер в Сибири.

Действие третьей причины имеет место только при определенных условиях, а именно, при превышении ударного давления 1,5 мегабар. При этом вещество переходит в особое фазовое состояние, аналогичное тому, которое имеется в ядре Земли. При этом плотность вещества скачком возрастает вдвое, и оно переходит в жидкое сверхсжатое состояние, не взрываясь [11]. Такое состояние вещества дает возможность ударнику преодолеть большую толщу планеты, иногда пробивая ее насквозь. В последнем случае из сквозного отверстия с большой скоростью вылетает расплав в виде жидких струй на тысячи километров.

Для реализации третьей причины необходима высокая кинетическая энергия ударника, которую имеют только кометы, входящие в Солнечную систему с галактической скоростью порядка 200 км/с, хотя в случае Патомского кратера критическое давление было достигнуто, и с 1770 по 1842 год метажидкое сверхсжатое вещество ударника находилось в скальной ловушке. Затем произошел фазовый переход в обычное состояние с увеличением вдвое объема, вызвавший разрыв скальных пород трубки взрыва и образование вторичного конуса выноса лишнего объема на поверхность [20].

К сожалению, мифологизация астрофизики привела к элиминированию «устаревшего» термина «цирк» и повсеместной замене его на термин «кратер» (греч. чаша).

На самом деле существуют ударные объекты, отличные по форме и, следовательно, по происхождению, от чаши.

Вот предлагаемая автором морфогенетическая классификация, основанная на наблюденных на Луне и других планетах формах импактных образований, и исходящая из двух основных типов взрыва ударника: «накладного» и «фугасного».

Класс 1. «Чаша» – ударный кратер в грунте, образованный «накладным» поверхностным взрывом летучей кометной компоненты типа 1, то есть, в основном, мгновенного испарения водяного льда и газов, абсорбированных телом кометы. Чашеобразная форма кратера определяется сферической формой ударной волны и низкой прочностью, мелкофракционностью грунта планеты, на луне – реголитового, на Земле – аллювия.

Практически все кратеры меньше 6 км на луне имеют сферическую или уплощенно-сферическую форму, что объясняется толщиной слоя импактных осадков на Луне 2...4 км. Мощность этого реголитового слоя видна там, где ударная волна пробивает весь осадочный слой, и обнажается коренной скальный массив. Это, например, кратеры, показанные в таблице 2 и на фото, сделанные экспедициями программы Вернера фон Брауна «Аполлон» (см. рис. 13) и все цирки.

Класс 2. «Цирк» – ударное образование на поверхности в виде кольцевого поднятия, расположенного вдали от центра структуры, имеющей обширное плоское дно.

Отличие цирка от чашеобразных кратеров лишь в величине. Поверхностный кинетико-термический взрыв летучей компоненты (а это 96...99% массы типичной кометы) приводит к полному удалению осадочного слоя с поверхности коренных скальных пород и сметанию почвенного слоя на периферию.

В центре цирка часто имеется горка – остаток