Небо, небесные тела, сверкающие над головой в ночном небе, интересовали человечество с незапамятных времен. Ещё древние ученые пытались увидеть связь с ними земных процессов. В первую очередь, что можно было рассмотреть с Земли? - поверхность планет. Так, ещё в средние века с изобретением телескопа, ученые пытались воспроизвести поверхность Луны, как ближайшего к Земле крупного небесного тела. К настоящему времени имеются гипсометрические карты - карты рельефа не только Луны, но и планет: Венеры, Марса и др. И, конечно, возникают вопросы, что из себя представляет поверхность небесных тел, а как образовались те или иные формы рельефа, так называемые, низменности, горы, кратеры на поверхности этих небесных тел.
Студенты-географы тоже проявляют интерес не только к Земле и тому, что на ней происходит, но к другим небесным телам, пытаясь адаптировать полученные знания о земных процессах на другие небесные тела. Так, рассматривая гипсометрические карты Марса, мы задались вопросом о происхождении форм рельефа и попытались создать морфогенетическую карту поверхности Марса, используя современные компьютерные технологии, ГИС-программы.
Морфогенетическое картографирование – это метод геоморфологического картографирования, который отображает результаты изучения разных форм рельефа (морфологии) с анализом процессов, которые их сформировали (генезиса), то есть изучение взаимосвязей между формой и происхождением элементов рельефа. Чтобы подойти к морфогенетическому картографированию поверхности Марса, были проведены предварительные работы по изучению истории происхождения планеты, формированию её поверхности, знакомились с имеющимися картографическими материалами, с помощью каких программ они были выполнены.
В рамках исследования были использованы различные геоинформационные методы и технологии, что позволило провести анализ рельефа Марса по уже существующим геологическим и гипсометрическим картам, которые помогли составить общее представление о рельефе и возрасте слагающих их пород, классифицировать формы рельефа по их происхождению (морфогенезу) и создать пространственную базу данных для дальнейшего картографирования. Также были использованы веб-карты по типу Ersi 3DmapMars, Marstrek, которые помогли наглядно изучить поверхность Марса в трёхмерном пространстве. По гипсометрическим картам смогли ознакомиться с планетарной номенклатурой различных форм рельефа.
Далее необходимо было выбрать математическую основу для проектируемой карты, соответствующую картографическую программу.
Для корректного отображения поверхности планеты используют аппроксимирующую форму небесного тела. В случае с Землей и Марсом используют эллипсоид вращения. Основными параметрами эллипсоида являются большая (a) и малая (b) полуоси и коэффициент сжатия. Сравнение значений сжатий показывает, что Марс имеет более сплюснутую форму, также следует заметить огромную разницу в экваториальном радиусе на Земле (6378 км) и на Марсе (3396 км) - всё это влияет на выбор проекции. Была выбрана проекция ESRI:104971, также известная, как Equirectangular специально разработанная под отображение Марсианской поверхности. Данная проекция представляет собой цилиндрическую равнопромежуточную проекцию, где параллели и меридианы отображаются в виде прямых линий, образующих прямоугольную сетку. К преимуществам данной проекции относится то, что она обеспечивает удобную основу для анализа распределения геоморфологических элементов, а также совместима с открытыми геопространственными данными, использованными в работе. Был выбран масштаб 1:60 000 000.
Но, не смотря на все преимущества данной проекции, в ней существует ряд недостатков: 1) проекция не является равновеликой, то есть на данной карте существуют площадные искажения, которые в большой степени начинают провялятся в приполярных широтах. 2) проекция не является равноугольной что не позволяет проводить высокоточные измерения.
Кроме картографического анализа был проведен также анализ научных статей, и публикаций, которые в общих чертах анализировали геоморфологию Марса.
На основе изученных геолого-геоморфологических материалов была составлена геохронологическая шкала – хронологическая шкала геологических периодов в истории формирования поверхности Марса (рис. 1).
Рис.1. Хронологическая шкала геологических событий на Марсе
На следующем этапе работы была скачана цифровая модель рельефа MOLA DEM с сайта Геологической службы США (USGS) в формате GeoTIFF, с разрешением 463 метра на пиксель, а также использовались спутниковые снимки CTX с разрешением 5 метров на пиксель и THEMIS с разрешением 100 метров на пиксель. Все данные были трансформированы в проекцию Equirectangular (ESRI:104971). Для создания карты был выбран геоинформационный комплекс с открытым исходным кодом QGIS. При создании векторных слоев (по генезису) использовался инструмент для обеспечения геометрической и топологической корректности (отсутствие перекрытий, наложений, не доводов). Таблица атрибутов содержала информацию о номенклатурном имени (если оно имелось), типе рельефа, его предполагаемом возрасте и происхождении. Процесс генерализации заключался в обобщении контуров форм рельефа, с целью упрощения визуализации карты без потери важной информации. Все картографические материалы были экспортированы в формате PDF для удобства использования и печати.
Подбор цветов для будущей карты осуществлялся на основании существующей рекомендации для картографов по составлению геологических карт (SelectionofColorsandPatternsforGeologicMaps) выполненной Американской геологической службой (USGS), а также с учетом собственной интерпретацией и особенностями марсианского рельефа. Были выбраны геоморфологические индексы, которые отмечали генезис, возраст и название формы рельефа.
Для отображения на карте генетических форм рельефа площадного характера был выбран способ качественного фона, для линейно-протяженных объектов – линейный. Например, тектонические структуры с пониженными формами рельефа в зависимости от возраста отображались оттенками синего цвета, горы, нагорья – коричневого; вулканические формы – желто-оранжево-красными цветами (Рис.2).
Таким образом, основные формы рельефа формировались в результате внутренней тектонической (равнины, нагорья, разломы-коньоны), вулканической деятельности (вулканические плато, щиты, патеры – кратеры сложной формы с пологими склонами). которые затем подверглись воздействию внешних сил: флювиогляциальной (каналы, коньоны, борозды), эоловой (ветровой - дюны) и ударной деятельности астероидов (кратеры).
Рис. 2. Морфогенетическая карта рельефа Марса
Каньоны на Марсе, такие как Долина Маринера, представляют собой глубокие и обширные геоморфологические структуры, простирающиеся на тысячи километров, которые сформировались под комплексным воздействием тектонико-флювиальных процессов. Разнообразие внутренних и внешних геологических процессов сформировали на поверхности Марса участки с уникальным хаотическим рельефом, не свойственным поверхности Земли. Формируется такой тип рельефа посредством комплексного взаимодействия тектонических, флювиогляциальных и ударных процессов, выглядит в виде нагромождения различных крупных блоков, расположенных хаотично. Наиболее крупное скопление хаотических форм рельефа располагается в районе Долины Маринера, а также равнины Аргира – в западном полушарии.
Кроме создания морфогенетической карты поверхности Марса, ГИС-технологии использовались при картографировании солнечных вспышек, для наглядного отображения их пространственно-временного распределения. В качестве исходных данных использовался каталог солнечных вспышек, содержащий информацию о дате, балле вспышки, номере активной области, максимальной площади пятен, координатах (широта и долгота) и номере оборота. Каталог был подготовлен на основе открытых данных сервиса SpaceWeatherLive и дополнен сведениями о группах солнечных пятен.
Первоначально данные были импортированы в программуQGIS в формате CSV. Ключевым этапом стало создание системы координат, адекватно отображающей сферическую поверхность Солнца на плоскости. В отличие от карт Марса, где использовалась проекция Equirectangular (ESRI:104971), для Солнца была применена цилиндрическаяравнопромежуточная проекция в Каррингтоновской системе координат. Каррингтоновская система представляет собой стандартную систему для синоптических карт Солнца, в которой поверхность светила «разворачивается» в плоскость с сохранением широтно-долготной сетки. Для корректного отображения долгот в диапазоне от 0° до 360° была выполнена развёртка системы координат, на которой значения долгот, представлены в диапазоне от −180° до +180°, В широтном отношении рабочий диапазон карт был ограничен широтами от −50° до +50°, что соответствует основным зонам генерации активных областей в рассматриваемом цикле и обеспечивает более детальное отображение событий.
Атрибутивная таблица слоя содержала поля: date (дата), class (класс вспышки), N (номер активной области), GS (площадь группы пятен), latitude, longitude_360 (долгота после развёртки) и turnover (номер оборота). На основе этих атрибутов была настроена условная символика. В соответствии с легендой карт одиночные вспышки класса M отображались оранжевыми пунсонами, класса X - красными. Множественные вспышки, зафиксированные на тождественных координатах, показывались фиолетовыми оттенками: M–X - тёмно-фиолетовым, X - фиолетовым, M - светло-фиолетовым. Такая визуализация позволяет одновременно оценить как пространственное положение, так и энергетическую характеристику события.
В рамках работы были созданы три карты, охватывающие разные временные интервалы:
- Карта за период с 03.07.2021 по 26.11.2024 (номера оборотов по Кэррингтону: 2245–2291). Это наиболее длительный интервал, позволяющий показать общую картину распределения вспышек за несколько лет (рис. 3).
- Карта за 2024 год (фактически с 09.02.2024 по 26.11.2024; номера оборотов: 2280–2291).
- Карта за май–июнь 2024 года (с 01.05.2024 по 23.06.2024; номера оборотов: 2283–2285). В этот интервал наблюдалась серия мощных X-вспышек.
Рис. 3. Пример картографирования солнечных вспышек в кэррингтоновской системе координат
Созданные карты предназначены, прежде всего, для наглядного отображения пространственно-временного распределения солнечных вспышек средствами ГИС. Они позволяют:
- сопоставлять положение событий по широте и долготе в пределах выбранного рабочего диапазона −50°…+50°;
- видеть визуальные сгущения точек и сравнивать их между собой на разных временных интервалах;
- оценивать повторяемость положения вспышек в пределах одного или нескольких оборотов Солнца;
- использовать единую картографическую основу для сравнения событий класса M и X;
Таким образом, нужно отметить, что кроме представленных здесь тем, студенты-географы интересовались и интересуются и другими вопросами, связанными с астрономическими объектами: планетами, астероидами; астроблемами; рисками для человечества, связанными с космическими объектами, а также вопросами, связанными с популяризацией астрономии, например, включение обсерваторий в туристическую индустрию в качестве познавательных объектов. Все эти вопросы изложены в их курсовых и дипломных работах
Поделиться с друзьями: