В результате падения обломков космического аппарата, обеспечившего доставку марсохода Perseverance в рамках миссии NASA Mars 2020, на поверхности Марса сформировалось пять небольших кратеров. Эти образования предоставили возможность для оценки механических характеристик грунта планеты. Согласно результатам моделирования, прочность связности реголита в области ударов составляет приблизительно 7 ± 1,5 килопаскаля, что указывает на крайне рыхлую и слабо связанную структуру материала.

Образование кратеров произошло во время посадки Perseverance 18 февраля 2021 года. На значительной высоте аппарат отделил два вольфрамовых груза, предназначенных для балансировки, каждый из которых имел массу около 77,5 килограмма. Эти грузы применялись для стабилизации положения аппарата в процессе спуска через атмосферу. Кроме того, на поверхность Марса упали фрагменты отделившейся перелётной ступени.

На момент отделения вольфрамовых грузов аппарат находился на высоте приблизительно 1250 километров над поверхностью и перемещался относительно Марса со скоростью около 4,75 километра в секунду. Анализ траектории показал, что сами грузы достигли поверхности планеты со скоростью примерно 3,8 километра в секунду под углом к горизонту, составляющим всего около 10°.

Александра Соколовска, сотрудник Имперского колледжа Лондона, и её научная группа применили снимки, полученные с камер CTX и HiRISE орбитального аппарата Mars Reconnaissance Orbiter, а также провели расчёты траекторий и создали трёхмерную модель ударных процессов. Пять новых кратеров расположены к северо-западу от кратера Езеро, где в настоящее время функционирует марсоход Perseverance. До посадки марсохода эти структуры не были зафиксированы на снимках.

Исследователи определили объекты CBMD-c и CBMD-e как наиболее вероятные кратеры, образованные двумя идентичными вольфрамовыми грузами. Эти объекты характеризуются практически одинаковыми размерами и наилучшим соответствием расчетным зонам падения грузов. Происхождение остальных кратеров связывают с фрагментами перелётной ступени, хотя точная идентификация некоторых из них представляет собой сложную задачу.

Искусственные удары оказались ценным инструментом для изучения Марса, поскольку характеристики падающих объектов известны значительно лучше, чем у обычных метеороидов. При изучении природного метеорита необходимо одновременно оценивать его массу, плотность, скорость и угол падения. В случае элементов Mars 2020 эти параметры могут быть восстановлены на основе данных инженерных характеристик миссии.

Размеры образовавшихся кратеров оказались существенно меньше, чем предсказывают общепринятые закономерности масштабирования ударных кратеров. Эти зависимости, основанные преимущественно на других комбинациях плотности ударяющего объекта, свойств поверхности и угла столкновения, могут приводить к завышению размера кратера примерно в десять раз при падении очень плотного тела на рыхлый грунт под небольшим углом.

Благодаря трехмерному моделированию удалось воссоздать реальные размеры кратеров, при этом установлено, что сцепление поверхности составляет приблизительно 7 ± 1,5 килопаскалей. Подобный уровень связности свойственен рыхлому реголиту, а не прочной скальной породе. Кроме того, высокая плотность вольфрама влияет на способ проникновения ударника в грунт, отличаясь от поведения менее плотных природных объектов.

Полученная оценка соответствует предыдущим наблюдениям марсианского грунта. Тепловой зонд HP³ станции InSight, также известный как «крот», столкнулся с непредвиденными сложностями при погружении из-за особенностей рыхлого поверхностного материала и недостаточной силы трения.

Место падения элементов Mars 2020 расположено за пределами маршрута марсохода Perseverance, однако оно входит в состав древней системы водосбора, имеющей связь с кратером Езеро. Таким образом, изучение подобных искусственных кратеров предоставляет возможность получения информации о грунте в тех областях, куда сам аппарат не может добраться.

В качестве рекомендации авторы предлагают принимать во внимание подобные удары при планировании будущих межпланетных экспедиций. В случае, если масса, форма, скорость и траектория сбрасываемых элементов определены заранее, их падение можно рассматривать как спланированный ударный эксперимент для изучения механических характеристик поверхности Марса и других объектов Солнечной системы.

Исследование опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.