Внеземные пещеры

     Пример пещеры. Источник.

     В этом обзоре пойдёт речь о подземных полостях, соединенных с поверхностью. Такие объекты называют пещерами. В 21 веке подобные пещеры были впервые открыты за пределами Земли — на Марсе и Луне. Внеземные пещеры рассматриваются, как лучшие места для строительства обитаемых баз на Луне и Марсе. В них космонавты могут прятаться от метеоритов, солнечных вспышек, пылевых бурь и космической радиации. Кроме того, в пещерах значительно меньше температурный перепад. Марсианские пещеры рассматриваются, как лучшее место для поиска простейшей внеземной жизни на Марсе.

     Пещеры различаются по происхождению на пять видов: карстовые, эрозионные, ледниковые, тектонические и вулканические. Первые три типа связаны с деятельностью жидкой воды. Поэтому на Луне и Марсе такие пещеры маловероятны. Тектонические пещеры возникают в разломах земной коры. Даже на Земле они очень редки, а на Луне и Марсе тектоническая активность значительно меньше. Вулканические пещеры возникают в результате частичного обрушения потолка полых лавовых трубок. А сами лавовые трубки образуются в результате затвердевания жидкой лавы. Именно вулканические пещеры были обнаружены на Марсе и Луне.

      Схема образования вулканических пещер. Источник.

      На Марсе есть четыре огромных щитовых вулкана, размером с Маун Кеа или даже больше. Крупнейший из них называется Олимп, остальные три (Аскрийская гора, гора Павлина и гора Арсия) выстроились в одну линию.

   Топографическая карта Марса. Источник.

    Главные вулканы Марса. Источник.

    Подсчет числа свежих кратеров на этих вулканах показывает, что они последний раз извергались около 100-150 миллионов лет назад. Поэтому вполне логично поискать у них и вулканические пещеры. В первую очередь были обнаружены лавовые трубки. Особенно их много на склонах горы Павлина

         Лавовые трубки марсианского вулкана гора Павлина. Ширина снимка около 100 км. Источник.

        В сентябре 2007 года было объявлено об открытие первых 7 отверстий, вероятно являющихся входами в пещеры. Открытие было сделано на склонах горы Арсия при анализе снимков камеры THEMIS(разрешение 18 метров)зонда Одиссей. Отверстия размером от 100 до 225 метров получили неофициальные имена: «Дена», «Хлоэ», «Венди», «Энни», «Эбби», «Никки» и «Джинн».

        А — «Дена», B – «Хлоэ», С — «Венди», D – «Энни», E – «Эбби» и «Никки», F – «Джинн». Источник.

       Наблюдения в инфракрасном диапазоне показали, что днем эти отверстия холоднее окружающей местности, а ночью наоборот теплее. Из этих наблюдений были сделаны выводы, что отверстия имеют глубину около 100 метров.

       Три снимка отверстия «Энни». Первое изображение сделано в видимых лучах с разрешением в 18 метров. Второе и третье изображения, это инфракрасные снимки сделанные в 15-00 и 04-00 по местному времени с разрешением в 100 метров. Источник.

       Позже два отверстия («Джинн» и «Энни») наблюдались с помощью более мощной камерыHIRES разрешение 0.3 метраВо время наблюдений HIRESделались более длительные экспозиции, чтобы увидеть дно отверстий. Наблюдения показали, что глубина «Джинн» около 112 метра, а«Энни» 172 метра. Другие наблюдения говорят, что глубина «Джинн» больше 245 метров при диаметре 175 метров.

       Снимок «Энни» с HIRES. Источник.

        Два снимка «Джинн» с HIRES с разной длительностью экспозиции. Источник.

       Кроме того, также наблюдались две новые открытые дыры к северу от горы Арсия (координаты 247.55° E, 17.27° N). Наблюдения показали, что их глубина составляет 125 и 68 метров.

       Снимки двух новых отверстий с помощью камеры HIRESИсточник.

       Позже у горы Арсия было найдено ещё несколько возможных пещер.

        Частично засыпанный вход в пещеру.

Диаметр отверстия около 68 метров. Оценки длины отрезка А-Bметра, B-Cметра, А-D 22 метра, А-Е –33 метра. Источник.

       Снимок с небольшой и длительной экспозицией. Ширина отверстия в 65 метров, а глубина больше 45 метров. Источник.

       У соседней горы Павлина тоже было найдено похожее отверстие:

       Кратер с провалившимся дном. Диаметр кратера 195 метров, диаметр отверстия около 40 метров. По измеренным теням глубина дна отверстия составляет от 50 до 75 метров (растет от центра к краю). Источник.

       Теперь перейдем к Луне. Есть три основных отличия возможностей для существования и обнаружения пещер на Луне. Во-первых, сила тяжести на Луне гораздо меньше, а значит это увеличивает шансы на лунные пещеры. Во-вторых, вулканизм на Луне проявляется гораздо меньше, там не наблюдается огромных вулканов сравнимых с марсианскими. В-третьих, Луна картографирована лучше, чем Марс. Если для Марса большая часть поверхности покрыта снимками с разрешением 6 метров (камера CTXна MRO), то для Луны среднее разрешение составляет около 1 метра (камера LROCна LRO). В итоге, сейчас пещер на Луне открыто гораздо больше, чем на Марсе.

      Первые пещеры на Луне были открыты японским аппаратом Кагуя в 2007 году. Этот аппарат выполнил глобальное картографирование Луны с разрешением в 10 метров. До этого лучшую глобальную карту составил аппарат Клементина с разрешением в 100 метров. При анализе стерео-снимков вулканического района горы Мариуса (Marius Hills, крупнейший вулканический район на Луне) было найдено отверстие шириной 65 метров, и глубиной в 80-88 метров. Японцы предположили, что ширина пещеры составляет около 370 метров. Открытие было анонсировано в октябре 2009 года.

       Расположение гор Мариуса. Источник.

      Первая открытая пещера на Луне. Снимки со станции «Кагуя» при разных углах освещения. Кроме того, на более крупном изображении видны лавовые трубки гор Мариуса. Источник.

      Предполагают, что в таких пещерах средняя температура круглый год около -20 градусов Цельсия, в то время, как на поверхности она меняется от -180 до +130 градусов Цельсия. Первая открытая лунная пещера получила неофициальное имя «дыра Мариуса» или пещера Харуяма. Аппарат LRO имея более мощную камеру LROC сразу же начал исследовать открытую пещеру.

      Дыра Мариуса на снимках LRO. Источник.

      Несколько повторных снимков при разных углах освещения позволили четко увидеть дно этой пещеры на глубине около 34 метров:

      Источник.

      Следом LRO обнаружил еще несколько таких отверстий:

       Отверстие в море Мечты диаметром в 120 метров и глубиной в 70 метров. Источник.

       Отверстие в море Спокойствия шириной и глубиной около 100 метров. Источник.

Фрагмент того же снимка.

       Возможные отверстия в море Спокойствия размером около 15 метров. Источник.

       К настоящему времени, на снимках LRO найдено более 200 таких отверстий размерами от 5 до 900 метров. Их поиски проводят с помощью автоматизированного поискового алгоритма, который пока проанализировал только 40% лунной поверхности. Авторы алгоритма ожидают, что на снимках LRO можно будет найти ещё в 2-3 раза больше подобных пещер по сравнению с уже найденным количеством. С другой стороны, около 25% поверхности Луны в полярных районах, освещаются Солнцем только под небольшим углом, поэтому нынешний алгоритм для поиска пещер там бессилен. Для будущих поисков на Луне перспективных полярных пещер потребуется разработать новый поисковый алгоритм.

Дополнительные примеры найденных лунных пещер. Каждый снимок шириной в 222 метров. Источник.

        Большинство из этих более 200 отверстий концентрируются в когда-то расплавленной породе 29 крупных молодых кратеров, похожих на кратер «Коперник», с возрастом образования меньше 1 миллиарда лет. Еще 8 найдены в лунных морях (3 из них на снимках «Кагуи»), и наконец 2 отверстия обнаружены в горных районах с потухшими лунными вулканами.