Концентричний кратер

Концентричні кратери — тип імпактних кратерів діаметром порядку кілометрів із двома (зрідка більше) концентричними кільцями. Рідкісні об'єкти^[1], відомі лише на Місяці^[3][4] і, можливо, на Меркурії^[5]. Походження їх внутрішніх кілець лишається загадковим, хоча є кілька гіпотез^[5][6].

Гесіод A — найвиразніший і найдоступніший для спостережень концентричний кратер^[1][2]. Діаметр — 15 км.

Репсольд A — кратер із невеликим другим валом на схилі головного. Діаметр — 8 км.

Лувіль DA — кратер із кільцем пагорбів. Діаметр — 11 км.

Подібну форму можуть мати і значно менші, і значно більші кратери, а також деякі кратери того ж масштабу, але їх розглядають окремо^[5][6][7][8], бо вони, ймовірно, набувають її інакше^[⇨][5][8]. Проте іноді концентричними називають і деякі з них^{[9][10][11][5]}.

Опис

Діаметр цих кратерів лежить у межах 2–28 км (найчастіше — 4–12 км) і в середньому становить 8 км^[6][8][12]. Зовнішнім (головним) валом вони подібні до звичайних імпактних кратерів^[8], але вирізняються наявністю внутрішнього кільця. Воно може бути і окремим валом, і уступом на схилі зовнішнього, і мати проміжний вигляд. Іноді воно ледве помітне, а іноді порівнянне з головним валом. Діаметр цього кільця становить 20–80% (у середньому 50%) діаметра головного^[12][5]. Зазвичай вони межують безпосередньо, але іноді між ними лежить кільце пагорбів або (зрідка) смуга плоскої поверхні^[5][6][8]. Центральна частина дна буває і плоскою, і увігнутою, і нерівною. Глибина концентричних кратерів менша, ніж у звичайних кратерів такого діаметра (зазвичай у 2–3 рази)^[12][5].

Концентричні кратери, як і звичайні, можуть бути дещо витягнуті, що пояснюють ударом під малим кутом до горизонту (значну витягнутість мають 9 із 114 досліджених представників)^[5]. При цьому внутрішнє кільце найчастіше^[5], але не завжди^[8], є круглим.

Хімічний склад ґрунту (принаймні вміст заліза й титану) в цих кратерах, згідно зі спектральними даними, такий, як і в околицях (окрім випадків, коли різницю створює неоднорідність поверхні до удару або подальше залиття лавою)^[5][3][13].

Всі концентричні кратери доволі старі. Часто вони суттєво поруйновані, у жодного не збереглися промені, а у більшості — й ореол викидів (хоча іноді він прослідковується^[8]). Деякі з цих кратерів залиті морською лавою (6 випадків із 114)^[5]. Згідно з приблизними оцінками віку, зробленими на основі ступеню збереженості, 88 із цих 114 виявилися старшими за 3,8 млрд років, вік 9 лежить у межах 3,8–3,2 млрд років, а решти 17 — менший за 3,2 млрд років, але все ж доволі значний. Таким чином, більшість із них є доімбрійськими та ранньоімбрійськими, близько 10% — пізньоімбрійськими і близько 15% — ератосфенівськими. Молодших — коперниківських — серед них нема^[5].

Порівняння з іншими типами кратерів

Два безіменні кратери: концентричний та звичайний. Діаметри — 6 та 5 км.

Кратери, схожі за формою на концентричні

Субкілометровий кратер концентричної будови в Океані Бур. Діаметр — 0,1 км.

Марсіанський кратер із центральною заглибиною. Діаметр — 50 км.

Двокільцевий імпактний басейн Шредінгер. Діаметр — 320 км.

Концентричні кратери — рідкісний виняток серед кратерів кілометрових розмірів^[1]. Звичайні місячні кратери такого діаметра мають просту чашоподібну форму. Інколи — особливо у великих — в їх центрі є ділянка плоского дна (у деяких — із центральною гіркою), а на схилах можуть бути зсуви й тераси^[14][15].

Для значно менших і значно більших кратерів двокільцевий вигляд, навпаки, є нормою (доки вони не втрачають його через руйнування^[10][16]). Але великі^[17] і, можливо, маленькі^[9] кратери мають його з інших причин^[8][5].

Ознаки концентричності часто трапляються у кратерів діаметром у сотні метрів, розташованих у місячних морях. Зокрема, на одній із ділянок Океану Бур ці ознаки виявлено в усіх молодих кратерів діаметром від 120 до 250 м, а також у деяких більших та менших (принаймні від 10 до 500 м)^[9][18]. На відміну від концентричних кратерів кілометрових масштабів, вони зазвичай мають між краями зовнішньої та внутрішньої западини смугу плоского дна^[5]. Іноді їх теж називають концентричними кратерами (англ. concentric craters)^[9][10][18], а іноді — «терасними» чи «уступовими» кратерами (bench craters)^[5]. На місячних материках їх нема^[10]. За деякими спостереженнями, виразність концентричності у них зменшується з розміром^[9][10][18]. Ці спостереження, морфологічні відмінності, а також те, що кілометрові концентричні кратери трапляються і в морях, і на материках, вказують на те, що концентричність кілометрових і субкілометрових кратерів має різну природу^[9][8][5]. У других її пояснюють шаруватістю ґрунту, а для перших це лише одна з гіпотез^[7][5]. Аналоги субкілометрових концентричних кратерів Місяця відомі й на інших небесних тілах, де вони іноді сягають більших розмірів (зокрема на Марсі^[19][5] та Фобосі^[11]).

На деяких небесних тілах відомі й інші об'єкти подібного вигляду — кратери з центральною заглибиною (англ. central pit craters). Вони найпоширеніші й найвиразніші на Марсі, Ганімеді та Каллісто, але трапляються й на Меркурії, Землі та Місяці^[20][21]. Їх заглибина може лежати на центральній гірці або (за її відсутності) на рівному дні; часто вона оточена невеликим валом. Між нею та зовнішнім валом є кільцева ділянка більш чи менш плоского дна, що для концентричних кратерів нехарактерне. Діаметр заглибини у випадку Марса становить 2–48 % діаметра кратера, у випадку Ганімеда та Каллісто — 10–50 %^[5], а у випадку Місяця — 5–29 %^[21]. Вік подібних об'єктів Марса, Ганімеда^[5] та Місяця^[21] варіює в дуже широких межах; серед них є й дуже молоді. На Місяці відомо кілька десятків таких кратерів; вони розподілені поверхнею значно рівномірніше за концентричні, їх розмір становить 9–57 км, а заглибини мають доволі нерівні краї^[21]. Походження цих заглибин неясне; воно може бути різним у різних випадках^[21][20]. Для марсіанських кратерів його пояснюють вибухом при нагріві підповерхневого льоду імпактним розплавом^[22], але для місячних та меркуріанських це неможливо через відсутність значної кількості льоду та летких речовин взагалі^[21]. Відмінності форми, розміру, просторового та вікового розподілу цих та концентричних кратерів вказують на їх різну природу^[5].

Багатокільцева будова є типовою і для гігантських кратерів (басейнів). У випадку Місяця вона з'являється за діаметра кратера понад 140–175 км^[23]. Для басейнів появу додаткових кілець пояснюють переважно іншими причинами, ніж для кратерів кілометрового масштабу^[17]. Проти їх спільної природи свідчать різко відмінний розмір, різний просторовий розподіл і низка морфологічних відмінностей^[7][5]. З іншого боку, висувалося й припущення, що кільця басейнів мають ту ж причину, що й кільця субкілометрових (і, можливо, кілометрових) кратерів — шаруватість субстрату^[24][25].

Розповсюдження

Ймовірний концентричний кратер на Меркурії^[5]. Діаметр — 10 км.

Безіменний кратер із половинчастим другим валом. Щодо його утворення є, зокрема, версії про випадковий збіг двох ударів^[12] та про зсув половини головного валу^[26]. Діаметр — 9 км.

Концентричний кратер Шлютер X, примітний потрісканим дном. Діаметр — 13 км.

Нетиповий кратер із ознаками концентричності. Діаметр — 6 км.

Безіменний концентричний кратер неправильної форми. Розмір — 5 км.

Станом на 2014 рік кратери цього типу точно ідентифіковані лише на Місяці. Один об'єкт, для якого припускають таку ж природу, знайдено на Меркурії^[5] — найбільш подібному до Місяця тілі Сонячної системи. Кратери схожої форми на інших небесних тілах, ймовірно, мають інше походження^[5].

Оскільки концентричні кратери невеликі й часто невиразні, їх кількість визначити важко. Каталог, складений 2014 року, містить 114 місячних кратерів із більшими чи меншими ознаками концентричності^[5][6], причому трьома роками раніше їх нараховували вдвічі менше^[7]. Зазвичай вони лежать поблизу берегів морів (як із морського, так і з материкового боку). За даними 1978 року (отриманими приблизно за 50 об'єктами), це спостерігається в 70 % випадків. 20 % розташовані в більш материкових областях, але так само поблизу місць виходу на поверхню морської лави. Решта — 10 % — знаходяться в чисто материковій місцевості. В центральних областях морів концентричних кратерів не буває^[8][5]. Їх розподіл дуже схожий на розподіл великих кратерів із розтрісканим дном, всередині яких вони нерідко й трапляються^{[7][6][5][27]}. Значної схильності до групування в концентричних кратерів нема: найчастіше вони розкидані далеко один від одного^[3], хоча є й винятки^[12].

Походження

Є такі версії появи концентричних кратерів^[6]:

• Падіння в одне місце двох астероїдів один за одним. Вони можуть бути фрагментами єдиного тіла, розірваного припливними силами, і тому летіти поруч по одній траєкторії^[28]. Цій гіпотезі суперечить невипадковість просторового розподілу таких кратерів^[8][3][7]. Проте це не виключає можливість, що деякі з них утворилися саме так^[12].
• Утворення внутрішнього валу лавою, що підіймається з надр. Можливо, в центрі метеоритного кратера виростає вулкан із власним кратером^[29], а можливо, лава виступає лише по краях метеоритного кратера, де й утворює кільце^[30]. В будь-якому випадку ця лава повинна бути достатньо в'язкою або вивергатися достатньо повільно, інакше замість височини вона утворить звичайний плоский покрив^[8]. Також була висунута версія, що внутрішній вал є кільцевою дайкою, що з якихось причин височіє над поверхнею^[31]. Вулканізм може створити й більше одного валу: на Землі відомі вкладені один в інший кратери, створені послідовними виверженнями, що чергувалися з обваленнями чи вибухами^[29]. Відповідно, висувалися й ідеї про чисто вулканічну природу концентричних кратерів, але цьому суперечить подібність їх зовнішнього валу (а у деяких — і решток ореолу викидів) до відповідних структур звичайних метеоритних кратерів^[8]. Проблемою вулканічної версії є однаковість хімічного складу ґрунту в кратері й поза ним^{[3][7][5][13]}.
• Підняття дна кратера лавою, що не доходить до поверхні й застигає на глибині (інтрузія)^[32]. Ця гіпотеза, як і попередня, потребує додаткового пояснення, чому в кратері утворюється саме кільцеподібна височина. Можливо, припідняте дно згодом обвалюється в центрі, а можливо, підіймається тільки периферична частина, де цьому не заважає шар застиглого імпактного розплаву^[3][33]. На користь цієї та попередньої версій свідчить розташування цих кратерів здебільшого в місцях, багатих на прояви вулканічної активності, відсутність серед них молодих (ця активність на Місяці вже вщухла) та відносно мала глибина^{[5][3][8][12]}. Інтрузією лави пояснюють також розтріскування дна, що спостерігається у багатьох місячних кратерів (які мають такий же просторовий розподіл, як концентричні, але, як правило, більший розмір)^[7][6][27]. Існує припущення, що за діаметра кратера >15 км інтрузія спричиняє появу тріщин, а за меншого — появу другого валу^[5]. Є кратер, що має і друге кільце, і тріщини (Шлютер X).
• Удар у шарувату поверхню. Верхній шар ґрунту менш міцний за нижній через подрібнення метеоритним бомбардуванням. Вибух при ударі в такий ґрунт може створити два вкладені кратери: великий у верхньому шарі й маленький — у нижньому. Це вдалося змоделювати в лабораторії^[10][9][34] та на комп'ютері^[35]. Також дієвість цього механізму підтверджена дослідженнями кількох дрібних кратерів, зробленими астронавтами «Аполлонів»^[36]. Кратерів, появу яких пояснюють саме так, у місячних морях дуже багато^[9], причому на материках, де ґрунт подрібнений до дуже великої глибини, їх нема^[10]. Однак деякі міркування (див. вище) вказують на те, що в такий спосіб можуть з'являтися лише невеликі — до сотень метрів — кратери такої форми, хоча остаточно це не з'ясовано^[9]. Інші проблеми застосування цієї версії до концентричних кратерів кілометрового масштабу — відсутність серед них молодих^[5], звичний вигляд більшості сусідніх із ними кратерів^[32][7] і те, що вони трапляються і в морях, і на материках^[8], а також деякі морфологічні особливості (зокрема кільце пагорбів у деяких представників)^[5].
• Формування внутрішнього валу з ґрунту, зсунутого зі схилу зовнішнього. Обвалені краї — звична річ для місячних кратерів, більших за 13–15 км^[14]; часто зсуви створюють на їх краях тераси. Але ці тераси зазвичай численні й невеликі, мають неправильну форму й не охоплюють весь периметр кратера^[5]. Також ця версія не пояснює переважне розташування концентричних кратерів по берегах морів^[3][7] та відсутність серед них коперниківських^[7]. За деякими оцінками, на її користь не свідчить практично нічого^[30]; за іншими, вона пояснює принаймні кільця пагорбів, що є у деяких концентричних кратерах^[26].

Приклади

Найдоступніший для спостережень концентричний кратер — Гесіод A на півдні Моря Хмар^[1][2][33]. Завдяки відносно великому розміру (15 км) та добрій збереженості його можна роздивитись у телескоп із апертурою близько 11 см, тоді як інші — не менш ніж у 15-сантиметровий. Інші примітні приклади — 11-кілометровий Крозьє H на західному березі Моря Достатку та 7-кілометровий Март у Болоті Епідемій. Останній, незважаючи на малий розмір, добре помітний завдяки великій яскравості. Його видно навіть на повному Місяці, де не проявляється рельєф поверхні. Це стосується й деяких інших концентричних кратерів^[33].

Різноманіття концентричних кратерів (у дужках — діаметр):

Безіменний (13 км)

Копф C (14 км)

Груйтуйзен K (6 км)

Безіменний (7 км)

Безіменний (8 км)

Гамбар J (8 км)

Дамуазо D (17 км)

Безіменний (12 км)

Белл E (16 км)

Безіменний (6 км)

Дамуазо BA (9 км)

Лагранж T (12 км)

Аполлоній N (11 км)

Безіменний (9 км)

Крозьє H (11 км)

Розташування деяких концентричних кратерів. На перших двох знімках — типові випадки: представники, що лежать у великому кратері з тріщинами на дні та в прибережній зоні моря. На наступних трьох — рідкісні екземпляри, що знаходяться на вулканічних або інтрузивних куполах (малопомітні низькі просторі височини з округлими обрисами) та на морській гряді. Два кратери з ознаками концентричності на передостанньому знімку — Архіт G та безіменний — є також рідкісним випадком суміжності таких об'єктів^[37].

Два концентричні кратери в великому кратері з тріщинами на дні

Кратер, затоплений лавою Океану Бур

Кратер Март на вулканічному куполі в Болоті Епідемій^[33]

Два суміжні конц. кратери на куполі в Морі Холоду^[32]

Конц. кратер на гряді в Морі Криз