Марсианские метеориты известны уже продолжительное время, однако, несмотря на имеющиеся общие сведения о геологическом строении Красной планеты, они не позволяли получить более глубокие знания. Это объясняется тем, что неизвестно, из какой именно области поверхности их выбросило крупным небесным телом несколько миллионов лет назад. В настоящее время ученым удалось преодолеть эту трудность, и старые образцы начали предоставлять принципиально новые данные.
Миссия Mars Sample Return, если все пройдет согласно намеченному плану, то пробирки с отобранными образцами марсианского грунта доставят на Землю не ранее 2031 года. Однако в распоряжении ученых уже имеется значительное количество, если не целые центнеры, подходящих для изучения образцов марсианских пород. Речь идет о метеоритах – камнях, которые были выброшены в космическое пространство в результате столкновения крупного объекта с Красной планетой и достигли Земли. Однако существует проблема: без понимания хотя бы того региона, из которого они происходят, не говоря уже о конкретном месте на поверхности Марса, подобные объекты не позволяют получить много полезных сведений.
По сути, их исследования позволяют лишь схематично представить геологическое прошлое Красной планеты. Однако ученые из Университета Кертин (Австралия) совместно со специалистами из университетов Феликса-Уфуэ-Буаньи (Кот-д’Ивуар) и Тулузского федерального (Франция) разработали метод детализации этих данных — они смогли установить, из каких конкретно областей астероиды выбросили породы, образовавшие марсианские метеориты. Результаты своей работы они опубликовали в журнале Nature Communications.
По мнению планетологов, для достижения второй космической скорости веществу, выброшенному при падении метеорита, требуется столкновение, превышающее определенный порог. Учет массы марсианских обломков, достигших Земли, увеличивает этот порог. В результате поиск кратеров на Красной планете был ограничен относительно небольшой группой объектов, диаметр которых составляет три километра или больше. При этом не весь материал, выброшенный при ударе, покидает планету; значительная его доля возвращается на поверхность, создавая вторичные кратеры, размер которых составляет от двух до пяти процентов от диаметра первичного.
Событие, которое привело к образованию марсианских метеоритов, достигших Земли, несомненно, оставит на поверхности Красной планеты заметный след – относительно крупный кратер, окруженный фанарой вторичных образований. Такие кратеры возникают при любом падении небесных тел на планету или ее спутник, однако в данном случае вторичные образования имеют значение для решения сразу двух задач. Прежде всего, определение их размеров и количества позволит более точно установить энергию столкновения астероида с Марсом. Кроме того, оценка скорости разрушения большого количества кратеров, появившихся практически одновременно, даст возможность точнее установить их возраст.
Определение происхождения марсианских метеоритов представляет собой четкую последовательность шагов. В первую очередь, устанавливают возраст камня, попавшего на Землю, приблизительное время его выброса с поверхности Марса и период, в течение которого он находился в космическом пространстве. Человечество уже обладает достаточной точностью для выполнения этих действий. Затем анализируют поверхность Марса, выявляя кратеры, соответствующие времени предполагаемого столкновения. Процедура кажется несложной, однако объем необходимых для обработки данных оказывается колоссальным. Искусственному интеллекту подобные задачи даются гораздо легче. Именно поэтому австралийские ученые привлекли к работе системы искусственного интеллекта.
Для исследования был выбран определенный тип марсианских метеоритов – шерготтиты. Это горные породы, напоминающие камень, упавший в 1865 году возле индийского города Шергатти и образовавшийся в вулканической области Красной планеты. На сегодняшний день на Земле зафиксировано 277 подтвержденных марсианских метеоритов, и подавляющее большинство из них – шерготтиты. Однако исследователи сосредоточили свое внимание на еще более специфической группе объектов, которые были выброшены с поверхности Марса 1,1 миллиона лет назад (с погрешностью в 200 тысяч лет). Дальнейший этап работы ознаменовался началом самого увлекательного: поиском кратера соответствующего возраста.
Основная сложность заключается в том, что полные комплекты снимков Марса, требуемые для выявления кратеров определенного размера, имеют очень высокое разрешение. Обнаружить крупные кратеры диаметром около трех километров не составляет труда, однако поиск более мелких вторичных образований, размером от 75 до 300 метров, уже представляет значительную трудность. Это связано с огромными объемами данных – речь идет о десятках терабайт, что делает обработку вручную поистине трудоемкой задачей, занимающей годы, а то и десятилетия. Однако в прошлом году был создан нейросетевой алгоритм для поиска кратеров ( The Crater Detection Algorithm, CDA), который исследователи усовершенствовали и адаптировали для работы с изображениями более высокого разрешения.
Реализация этой задачи оказалась сложной и потребовала задействования ресурсов Суперкомпьютерного центра Pawsey — наиболее эффективный в Южном полушарии. В конечном итоге искусственный интеллект освоил технологию распознавания кратеров практически любого размера, научился различать их и другие кольцеобразные геологические образования, а также учитывать влияние эрозии. Разработанную нейросеть применили к изображениям, полученным с камер HiRISE и CTX за 15 лет работы аппарата Mars Reconnaissance Orbiter. В ходе ее анализа были выявлены два кратера на поверхности Марса, которые представляются наиболее вероятными местами происхождения выбранных марсианских метеоритов.
Это кратеры Тутинг (Tooting) и 09-00015, обнаруженные метеориты, расположенные в провинции Фарсида — крупнейшем вулканическом нагорье Марса. Активные извержения происходили там всего 300 миллионов лет назад, что по геологическим меркам буквально вчера. Результаты научной работы привели к нескольким интересным выводам. В частности, гипотеза, выдвинутая австралийскими специалистами о происхождении шерготтитов в результате формирования кратера Мохаве, не получила подтверждения. Объекты, идентифицированные искусственным интеллектом, гораздо лучше соответствуют ряду признаков, включая возраст.
Безусловно, ученые также провели повторный анализ марсианских метеоритов, сопоставив их с местом, где они были найдены. В ходе исследования было установлено немало интересных деталей. Анализ показал, что можно предположить наличие аномалии в мантии Марса, расположенной под Фарсидой. Ее природа остается неясной, однако пока не удается найти иные объяснения высокой вулканической активности в этом регионе и особенностям формирования минералов, которые стали шерготтитами.
Что интересно, модернизированный CDA можно использовать не только для поиска мест происхождения марсианских метеоритов. В усовершенствованном виде этот нейросетевой алгоритм легко переобучается под самые разные атрибуты поверхности небесных тел. Фактически его можно адаптировать для анализа любых снимков с орбиты вокруг планеты или ее спутника. И заниматься быстрым поиском, например, следов стихийных бедствий — лесных пожаров, наводнений или землетрясений. Перспективы огромные, на что авторы исследования делают особый акцент.