W dwóch opublikowanych ostatnio pracach uczeni przedstawiają nowe spojrzenie na historię powstawania kraterów na Księżycu i wykorzystują niewielkie kratery do określania wieku tworów geologicznych na powierzchni Marsa.

Określanie liczby kraterów na jednostkę powierzchni ciała niebieskiego to podstawowy sposób wyznaczania względnego wieku różnych części powierzchni. Metodę udało się wykalibrować w erze lotów Apollo, kiedy na Ziemię dotarły próbki skał pobrane w różnych miejscach Księżyca. Wiek dowolnego miejsca powierzchni szacuje się, określając gęstość kraterów i porównując z krzywą kalibracyjną. Zależność jest tu oczywiście taka, że większa liczba kraterów oznacza starszy rejon, a mniejsza – młodszy (gdyż uformowana powierzchnia krócej wystawiona była na uderzenie meteorów.

Analiza przywiezionych próbek pozwala określić rzeczywisty wiek powierzchni” – wyjaśnia Simone Marchi z Uniwersytetu w Padwie. “Próbki mają fundamentalne znaczenie, bez nich określanie wieku byłoby niemożliwe. Z bezpośrednich pomiarów znamy jednak wiek tylko około tuzina miejsc na Księżycu. Wiek Księżyca to około 4,3 miliarda lat. Niektóre z okresów jego historii pozostają nieskalibrowane. Dotyczy to na przykład od okresu od 1 do 3 miliarda lat wstecz“.

W swoich badaniach Marchi i grupa uczonych z Niemieckiej Agencji Kosmicznej wyznaczała historię powstawania kraterów na Księżycu przez modelowanie strumienia meteorów uderzających w jego powierzchnię. “W naszym podejściu wykorzystujemy najnowsze, dynamiczne modele w celu określenia strumienia meteorów, a co za tym idzie – liczby kraterów na powierzchni. Na podstawie tych informacji kreślimy nową krzywą kalibracyjną. To podejście stało się możliwe dzięki postępującemu zrozumieniu dynamiki wewnętrznej części Układu Słonecznego i teleskopowym przeglądom nieba w poszukiwaniu małych planetoid przelatujących w pobliżu Ziemi (ich liczba reprezentuje badany strumień meteorów)“.

Model Marchi’ego i tradycyjne modele określające liczbę kraterów zgadzają się z dokładnością do czynnika 2. Jest to dość zaskakujące zgodność, jeśli weźmie się pod uwagę, że obliczenia zostały wykonane dwoma zupełnie różnymi metodami. Może się wydawać, że czynnik 2 to duża różnica, w tym jednak przypadku uważa się, że mamy do czynienia z dużą zbieżnością obu modeli (mimo że dwukrotne zwiększenie wartości strumienia oznacza dwukrotne zmniejszenie wieku powierzchni).

W tej chwili Marchi skupia się na badaniach układu Ziemia-Księżyc, gdyż Srebrnego Globu używa się jako “zegara” przy wyznaczaniu wieku powierzchni innych ciał niebieskich. Jednak w innych prowadzonych w tej chwili badaniach William Hartmann z Planetary Science Institute w Arizonie skupia się na zastosowaniu tradycyjnej metody liczenia kraterów do badania liczebności mniejszych tego typu obiektów i wyznaczaniu tą metodą wieku powierzchni Marsa.

Zdjęcie uzyskane przez sondę Mars Global Surveyor przedstawia fragment powierzchni Marsa z lawą (ciemniejszy obszar w centrum) zastygniętą na starszych tworach geologicznych. Na obszarze zajętym przez lawę znajduje się mniej kraterów niż wokół niego. Oznacza to, że ten fragment powierzchni ukształtował się później.

Wyznaczanie wieku form geologicznych metodą małych kraterów jest trudne” – mówi uczony. Liczenie dużych kraterów (o średnicach rzędu kilometrów) jest powszechnie uważane za wiarygodną metodę wyznaczania wieku powierzchni. Wielu uczonych wątpi jednak czy tempo powstawania mniejszych kraterów jest wystarczająco dobrze znane i wystarczająco stałe, aby stać się użytecznym przy określaniu czasu jaki minął od powstania danego miejsca na powierzchni. Duże kratery powstają zwykle na skutek uderzenia jednego meteoru. Podczas jego powstawania wyrzucane są w górę szczątki meteoru i powierzchni ciała niebieskiego. Ich upadki powodują powstanie kolejnych, mniejszych kraterów. To podstawowe zastrzeżenie zgłaszane do proponowanej metody.

Aby sprawdzić czy liczba małych kraterów dobrze określa wiek powierzchni, Alfred McEwen, kierownik zespołu obsługującego urządzenie HiRISE na pokładzie sondy Mars Reconnaissance Orbiter, zaproponował zliczenie małych kraterów powstałych wewnątrz najmłodszych większych obiektów. Według jego pomysłu wiek obliczony na podstawie takich zliczeń powinien zgadzać się z wiekiem oszacowanym dla najmłodszych kraterów.

Za “nowe” kratery uznane zostały te, które mają średnicę od 3 do 16 kilometrów i nie wykazują śladów erozji (na przykład uszkodzeń krawędzi). Potrzebne było badanie właśnie młodych kraterów, ponieważ wśród uczonych panuje zgoda co do tego, w jakim tempie powstają one na Czerwonej Planecie. Wszystkie kratery powstałe wewnątrz większego muszą być od niego młodsze. Przyjmuje się więc, że ich wiek zawiera się w przedziale od zera do średniego czasu co jaki na Marsie pojawia się duży krater.

Kratery wtórne na Marsie

Niektóre małe kratery powstają w wyniku uderzenia materii wyrzuconej w czasie powstawania większego obiektu. Na prezentowanym zdjęciu takie właśnie wtórne kratery oznaczono białymi strzałkami. Nie należy ich uwzględniać przy liczeniu kraterów w celu wyznaczenia wieku powierzchni.

Przetestowaliśmy nasze przypuszczenia na 8 przykładach dużych kraterów i za każdym razem liczba małych kraterów odpowiadała wiekowi, który spodziewaliśmy się otrzymać” – powiedział Hartmann. To daje uczonym prawo twierdzić, że liczba małych kraterów w pobliżu innych formacji na Marsie, takich jak suche koryta rzek czy zastygnięte jęzory lawy, będzie prawidłowo odpowiadała na pytanie o ich wiek.

Nie twierdzimy oczywiście, że nasza metoda może być tak dokładna, jak badania radiometryczne pobranych próbek skał” – dodaje. “Możemy jednak wstępnie odpowiedzieć na pytanie czy miejsce które obserwujemy powstało w pierwszych dziesięciu procentach historii planety czy w ostatnich“.

Niektórzy uczeni podejrzewali wcześniej, że wiek liczony za pomocą małych kraterów może różnić się od wyników innych badań nawet o czynnik 1000. “Stwierdziliśmy, że jest to zaledwie czynnik 2, co jest dobrą wiadomością dla badaczy zajmujących się planetami. Pozwala naszkicować historię powierzchnię Marsa“.

Czynnik 2 oznacza, że jeśli wiek powierzchni oszacowano na 20 milionów lat, od jej powstania upłynęło w rzeczywistości od 10 do 40 milionów lat. Wszystkie te liczby oznaczają, że mamy do czynienia z młodym (w skali geologicznej) miejscem. Uniknąć dzięki temu można na przykład potraktowania bardzo starych form jako nowo powstałych śladów działalności wody.

W swoich badaniach zespół Hartmanna wziął pod uwagą także takie procesy jak spowalnianie i spalanie meteorów w czasie lotu przez marsjańską atmosferę czy bliskość Pasa Planetoid (co powoduje, że Mars trafiany jest meteorami dwa razy częściej niż Księżyc). Dzięki satelitom krążącym wokół Czerwonej Planety stało się też możliwe bezpośrednie oszacowanie tempa powstawania kraterów. W czasie siedmioletniej służby sonda Mars Global Surveyor odkryła około 20 takich obiektów.

Autor

Michał Matraszek