Марсианский ветер выдул горы в центре кратеров

К образованию холмов в середине марсианских кратеров привело возникновение турбулентных атмосферных потоков. С помощью компьютерного моделирования атмосферных потоков группа американских ученых показала, при каких условиях и по каким механизмам могло происходить образование таких гор. Результаты исследования опубликованы в Physical Review E.

Больше трех с половиной миллиардов лет назад в результате бомбардировки астероидами на поверхности Марса образовалось большое количество ударных кратеров. Многие из них можно наблюдать и сейчас, при этом радиус этих кратеров варьируется от десятков до тысяч километров. В середине многих из этих кратеров можно обнаружить довольно высокие холмы. Например, в центре кратера Гейл диаметром около 154 километров находится гора Эолида высотой примерно в пять с половиной километров. При этом ее центр смещен относительно центра кратера, а с двух сторон от вершины находятся два протяженных крыла. Причиной образования таких гор геофизики называют марсианский ветер — потоки газов марсианской атмосферы, дующие вдоль поверхности.

Известно, что климат на Марсе после образования кратеров значительно изменялся. Эти изменения привели к тому, что сначала в период теплого и влажного климата такие кратеры полностью заполнились грунтовой пылью и твердыми частицами разного размера, а потом в более холодный период — полностью пустели. Поэтому при образовании гор внутри кратеров ученые рассматривают два сценария. По первому сценарию сначала кратер полностью заполняется пылью и крупными твердыми частицами, а потом из них под действием ветра формируется холм. По второму сценарию частицы снаружи от уже пустого кратера с помощью ветра переносятся ветром внутрь и из них сразу формируется холм.

Сейчас первый механизм считается более вероятным, и американские геофизики решили проверить, может ли ветер в марсианской атмосфере приводить к возникновению внутри ударных кратеров таких несимметричных холмов. Для этого они провели компьютерное моделирование методом крупных вихрей. В таком методе атмосфера моделируется как однородная текучая среда с большими числами Рейнольдса (то есть большой скоростью и маленькой вязкостью), при этом в явном виде при таком подходе моделируются только крупные вихри.

Ученые рассмотрели несколько возможных геометрий кратера на разных стадиях его эволюции — от заполненных частицами молодых кратеров, до старых абсолютно пустых кратеров возрастом несколько миллиардов лет. Оказалось, что если кратер заполнен грунтом, то столкновение атмосферных потоков со стенками кратера приводит к формированию турбулентных вихрей, которые, выдувая частички грунта из середины кратера, приводят к изменению его рельефа.

При определенных геометриях кратера после столкновения с его внешней стенкой формирующиеся нисходящие радиальные потоки приводят к формированию внутри кратера вторичного вихря, который распадается на два воздушных потока, движущихся вдоль стенок кратера. Эти два потока и являются основной причиной возникновения неоднородных углублений. При этом чем длиннее образовавшийся канал, тем больше скорость воздушного потока внутри него. Такая зависимость приводит к неоднородности ширины образующегося канала и заметной асимметрии формирующегося холма: он становится смещен относительно центра кратера.

По утверждению ученых, за миллиарды лет ветер вполне мог вынести из кратера Гейл много кубических километров камней и пыли и сформировать такую гору, как Эолида. 

Ранее авторы этой работы уже изучали образование холмов и гор внутри марсианских кратеров. Тогда они проводили исследование с помощью эксперимента в аэродинамической трубе.

Александр Дубов