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水星の赤道付近にあるトルストイ四角形は、経度144度から216度、緯度-25度から25度の範囲に広がっている。当初は「ティル」と呼ばれていたが、1976年に国際天文学連合によってレオ・トルストイにちなんで改名された。 [ 1 ]ファエトンティアスとも呼ばれる。
この地域には、マリナー10号が観測した中で最大かつ最も保存状態の良い盆地であるカロリス平原の南部が含まれています。直径約1550kmのこの盆地[ 2 ]は、湾状になり、広大な滑らかな平原に覆われたカロリス群の噴出物堆積物の不連続な環状部に囲まれています。四角形の南東半分は、古代のクレーター堆積物、個々のクレーター間の特徴のない起伏のある平原物質、および特徴のない平原の孤立したパッチによって支配されています。直径約350kmの古代の劣化したトルストイ多重環状盆地は、四角形の南中央部にあります。大きく保存状態の良いモーツァルト・クレーター（直径285km）は、この地域の西部の目立つ特徴です。その広大な噴出物層と二次クレーター群は、ティル平原のなだらかな平原に重なっている。
望遠鏡マッピングから採用された低アルベドの特徴であるSolitudo NeptuniiとSolitudo Helii は、カロリスを囲む滑らかな平原の物質と関連付けられているように見えます。 3 番目の低アルベド地物であるソリトゥド マイアエは、トルストイ盆地に関連付けられているようです。[ 3 ]
水星の自転周期は58.64日で、公転周期87.97日と3分の2の共鳴状態にある。そのため、赤道では、経度0°と180°が太陽直下点（「ホットポール」）となり、交互に近日点を通過する。[ 4 ] 180°の「ホットポール」はトルストイ四角形内にあり、近日点では、赤道付近の温度は 真夜中の約100 Kから 正午の700 Kまで変化する。この1日の温度差600 Kは、太陽系 の他のどの天体よりも大きい。[ 4 ]
マリナー10号による写真撮影は、トルストイ四角形の東側3分の2の範囲しかカバーしていませんでした。 2008年から2015年にかけて水星を周回したメッセンジャー探査機は、マリナー10号よりもはるかに高い解像度とより多くの波長の光を用いて、水星全体をマッピングしました。また、写真撮影に加えて、軌道上から地形、反射率、磁気、重力などの地球物理学的データも取得しました。
エミネスク四角形はトルストイ四角形の西に位置し、ベートーヴェン四角形は東に位置する。 ラディトラディ四角形とシェイクスピア四角形はそれぞれ北西と北東に位置し、ネルーダ四角形とミケランジェロ四角形はそれぞれ南西と南東に位置する。
四角形の南東部にある大きなクレーターの間にある起伏のある平原は、最も古い認識可能な地図単位であるクレーター間平原物質を構成している。この平原は、もともとトラスクとゲスト[ 5 ] によってクレーター間平原として記述され、彼らはその平坦から緩やかな起伏の外観と、直径約50kmを超える明確なクレーターが一般的に欠如していることを指摘した。マリン[ 6 ]は、この平原には、非常に侵食された大きなクレーターの残骸と、非常に浅い円形の窪地である盆地が含まれていることを示した。しかし、これらのクレーター間平原は、非常に高密度に重なり合った小さな（ 直径5～10km）、細長く、浅いクレーターによって特徴付けられており、おそらく平原に重なり合った多くの大きなクレーターに二次的に形成されたものである。他の地域のクレーター間平原の一部にクレーター噴出物が重なっていることは、いくつかの大きなクレーターが既存のクレーター間平原ユニットで形成されたことを示している。一方、明らかな重なり関係によれば、クレーター間平原の物質は、水星の主要なクレーター形成イベントの一部よりも後に形成されたものである。[ 6 ] [ 7 ]特に、このユニットはトルストイ盆地の北西側全体を覆っているように見え、この特徴は、この地域のクレーター間平原が惑星の原始表面の残骸ではないことを示唆している。したがって、同時期のクレーターと平原の形成の複雑な歴史が示唆される。月と水星のクレーター間平原の起源に関する詳細な議論はストロムによって行われた。[ 8 ]
クレーターが少なく、滑らかで、起伏の少ない平原が四角形全体に点在しているが、それらの識別はマリナー10号の個々のフレームの解像度と照明に大きく依存している。そのため、現在ではその分布を正確にマッピングすることができないが、これらの平原の多くは滑らかな平原の物質に含まれている。明らかに粗く、おそらくより古いこれらの中間的な平原の特定の部分は、中間的な平原の物質としてマッピングされている。これらの平原は主に古代のクレーターの底にあり、滑らかな平原の物質に見られるよりも小さなクレーターの密度がわずかに高く、小さな明るいハローを持つクレーターの発生率が低いことで区別される。最も古い平原とカロリス後の平原の中間の粗さとクレーター密度の平原が存在することは、平原の形成が水星の初期地質史の大部分にわたる多かれ少なかれ連続的なプロセスであったことを示唆している。
トルストイ盆地を形成した衝突は、この四角形の歴史のごく初期に起こった。直径約 356 km と 510 km の 2 つの不規則で不連続な環状構造が構造を取り囲んでいるが、北側と北東側では発達が乏しい。直径 466 km の 3 番目の部分的な環状構造が南東側に存在する。最も内側の環状構造の外側には、暗いアルベドの物質が点在している。盆地の中央部は、滑らかな平原の物質で覆われている。ハプケら[ 9 ]は、トルストイ盆地の縁辺部に関連する暗いアルベドの物質は周囲の地形よりも明らかに青く、一方、内部を埋める平原は明らかに赤くなっていると示唆している。
トルストイは非常に古く、古代のクレーター間平原によって湾入されているにもかかわらず、その円周の約3分の2にわたって広範囲にわたり、放射状の線状構造を持つ噴出物層が驚くほど良好な状態で保存されている。噴出物はブロック状で、内側と外側のリングの間では線状構造が弱い傾向がある。わずかに渦巻き模様のある放射状の線状構造は、トルストイの南西側で最もよく見られる。噴出物の珍しい直線状の地図パターンは、(1) 噴出物パターンが盆地形成前の構造によって制御されている、(2) 元々対称であった噴出物層が構造的傾向に沿ってクレーター間平原物質によって優先的に埋没した、または (3) トルストイが北西からの斜め衝突によって形成され、左右対称で、上方への堆積がほとんどまたは全くない噴出物層が生成された、ということを示唆している。クレーターの北東にあるトルストイ噴出物の立体写真の分析によると、この堆積物は周囲の平原に比べて高い標高に隆起していることが示唆されている。
カロリス盆地は、層序学的観点から特に重要である。月のインブリウム盆地やオリエンターレ盆地と同様に、広範囲にわたって保存状態の良い噴出物層に囲まれている。 [ 5 ] [ 7 ] [ 10 ]月面では、保存状態の良い盆地からの噴出物が層序の構築に使用されたが、カロリス盆地からの噴出物もマーカー層として使用できる。この噴出物は、トルストイ四角形と北に隣接するシェイクスピア四角形で、盆地の直径の約1倍の距離まで識別できる。間違いなく、噴出物は西側のまだ見ていない地形の大部分にも影響を与えている。オリエンターレ盆地とカロリス盆地の層序学的および構造的比較は、マコーリーによって行われた。[ 11 ]マコーリーら[ 12 ]は、カロリス盆地の正式な岩石層序を提案しており、我々はこの地図でそれを採用した。この層序は、月のオリエンターレ盆地とその周辺で使用されているもの[ 13 ]をモデルにしており、将来、水星表面の広範囲にわたるカロリス以前および以降の出来事の識別に役立つはずである。トラスク[ 12 ]から修正されたクレーターの劣化年代学や、クレーター頻度に基づく平原ユニット間の相関関係は、水星表面の残りの大部分をカロリスイベントに結びつけるのに役立つかもしれない。
シューメーカーとハックマンのインブリウム関連の層序とは異なり、水星用に考案された層序は、時間層序ではなく岩石層序である。それは、カロリス周辺に、オリエンターレ、インブリウム、ネクタリスなど、月の保存状態の良い衝突盆地周辺で認識されているものと特徴が似ている、本質的に等時的な、秩序だった一連の地図作成可能なユニットの存在を認めている。
カロリス平原の物質は特殊な問題であり、カロリス層群には含まれません。この平原は、月のオリエンターレの底にあるマウンダー層[ 11 ] [ 13 ]といくつかの共通点がありますが、マウンダー層の特徴である放射状および円周状の尾根は見られず、そのためマウンダー層は盆地底ユニットとして解釈されています。カロリス平原は、マウンダー層よりも開いた粗い断裂パターンを持っています。さらに、カロリスの尾根とそれを切断する断裂は粗い菱形パターンを示しており、ストロムら[ 10 ]は、平原の物質が沈降し、その後緩やかに隆起して観察された開いた張力断裂が生じたと結論付けました。カロリスの底の尾根には、月の尾根によく見られる鋸歯状の頂部がありません。これらの平原の起源と構造史に関係なく、これらはカロリス盆地の元の底を覆い隠す深い盆地の堆積物であることは明らかです。
滑らかな平原物質の最大の単一領域はカロリス盆地を取り囲んでおり、主にティール平原とブド平原に分布していますが、四角形の南東部のクレーターが密集した地形内のクレーター底やその他の地形的窪地には、より小さなパッチが多数存在します。平原は、比較的まばらなクレーター密度と豊富な海型のしわ状尾根によって特徴付けられます。重なり関係から、平原はより密集したクレーターのユニットよりも新しいことがわかります。平原はまた、カロリス層を湾入しており、特にヴァン・アイク層の骨格マップパターンに寄与しています。地形的に低い地域に滑らかな平原が遍在していることは、これらの物質が盆地噴出物または火山流として流体または半流体状態で堆積したという仮説を裏付けています。平原はカロリス盆地の物質よりもわずかに新しいと考えられていますが、同じ年代に相当します。[ 5 ]したがって、平原の一部はおそらくカロリスの噴出物、衝突溶融物か非常に流動性の高い土石流である。滑らかな平原にはカロリスの明らかな二次クレーターは確認されていない。トルストイ盆地の底と地図の南東端の不規則な窪地に広い範囲の滑らかな平原が存在することは、これらの物質の少なくとも一部が火山性である可能性を示唆している。[ 15 ]しかし、月の海のような明確な溶岩流前線や明確な火山噴火口がないため、火山起源について確固たる結論を出すことはできない。
最も若いクレーターの多くでは、底面に非常に滑らかな平原物質の小さなパッチが見られます。これらのパッチは、個々のクレーターの形成に関連するフォールバックや衝突溶融物で構成されている可能性があり、したがって、より若い水星クレーターの後期火山性充填物や火山性改変を表しているとは限りません。シュルツ[ 15 ]は、暗いハローを持つクレーターであるゼアミ（ 直径129km）、ティヤガラジャ（ 直径97km）、バルザック（直径67km ）の底面、壁、縁の領域間の色のコントラストの原因 として、組成の違いまたは内因性改変を示唆しました。これらのクレーターの暗い噴出物と底面の平原は、周囲の平原よりも明らかに赤みがかっており、異常に明るい底面のパッチ、中央のピーク、壁の領域は明らかに青みがかっています。これらの暗いハローを持つクレーターには、関連する明るい光線はありませんが、二次クレーターはよく保存されています。水星のクレーターと平原の物質における対照的な色の違いが構成上どのような意味を持つかについては、ハプケらが議論している。[ 9 ]これらのクレーター内の明るい青みがかった領域は、現在では窪地で あることが分かっている。[ 16 ]
カロリス、トルストイ、モーツァルト周辺の盆地周縁崖は、四角形の中で最も目立つ構造的特徴である。カロリス・モンテスの主要な崖は、カロリスの掘削盆地の縁に近似していると考えられており、おそらく月のオリエンターレ盆地周辺のモンテス・ルーク崖の構造的および層序的対応物である。[ 11 ]カロリスの目に見える部分の大部分の周囲には、控えめな外側の崖が存在し、北のシェイクスピア四角形でよりよく見られる。この崖は、カロリス・モンテス層の山塊とヴァン・アイク層の線状相との間の遷移と概ね一致している。カロリス・モンテス内の山塊のほぼ直線的な輪郭は、盆地形成前の断裂パターンによる構造的制御を示唆している。はるかに低く不連続な外側の崖は、オリエンターレ周辺のモンテス・コルディレラ崖の弱い同等物であると考えられている。コルディレラと同様に、おそらく掘削クレーターの境界外に位置している。その発達の悪さと盆地の縁に近い間隔は、Gault らが述べたように、より大きな水銀重力によるものかもしれない。[ 17 ]ヴァン・アイク層は、小さな同心円状の崖と線状構造を伴う広範囲にわたる放射状の尾根と谷のシステムを特徴としている。これらの特徴は、ヴァン・アイク内の二次クレーターからのガウジと堆積プルームとして大部分が考えられているが、非常にまっすぐな尾根と急峻な壁は、破砕による形成を示唆している。
カロリスの底面を特徴づける尾根と断裂系のごく一部だけが、この四角形領域内に収まっている。カロリスの底面にある尾根は、滑らかな平原にある尾根に似ているが、月の海の尾根ほど複雑ではなく、多数の開いた地溝のような裂け目によって切断されている。この地域と、ディスカバリー四角形領域にあるその対蹠点は、張力によって表面が形成されたことが現在確認できる水星上の唯一の2つの領域である。[ 10 ]
トルストイ盆地は、少なくとも3つの不規則で不連続な内向きの断崖の一部に囲まれている。線状の噴出物は外側の断崖付近とその外側で最も発達しており、一方、ブロック状の物質は内側と外側の断崖の間に分布している。これらの関係はカロリス周辺のものと類似しているが、トルストイ盆地はカロリスの半分以下の大きさで、後期の衝突クレーター形成によってはるかに深刻な侵食を受けている。
モーツァルト断層の単一の縁崖の鋭さは、この巨大衝突が（平坦な平原よりも）若いことを反映している。モーツァルト断層はマリナー10号の画像データの西端に位置しているため、その底面は視認できず、したがって、中央隆起や内部構造環の存在を示す証拠は隠蔽されている。
葉状の崖や尾根は、滑らかな平原の物質の中で最もよく見られ、クレーター間の平原の物質の中では局所的に変化しますが、一般的に片側が急で、もう片側が緩やかに傾斜しています。月の海の尾根のように、下にあるクレーターの輪郭を示しているように見えるものもあります。ストロムら[ 10 ]、メロシュ[ 18 ]、メロシュとズリシン[ 19 ]をはじめとする多くの研究者は、これらの尾根を、現在の表面の大部分が形成された後の水星の地殻の圧縮とわずかな短縮によるものとしています。しかし、一部の尾根は溶岩流の先端を表している可能性がありますが、数百メートルと推定される高さは、非常に粘性の高い溶岩によって形成されたことを示唆しています。
四角形領域内には、特にトルストイ盆地と北東にある大きなクレーター、ゼアミの間にある領域に、多数の微かな線状構造が見られる。これらの線状構造の多くは、微かな二次クレーター列または溝である可能性があり、その他は、クレーターと盆地の掘削を部分的に制御した祖先的な構造パターンの痕跡を表している可能性がある。これらの線状構造は、前述のトルストイ噴出物のこの領域の緩やかな隆起によって強調または保存された可能性がある。認識可能なトルストイ噴出物の北西の境界を示す最大の線状構造は、 長さ約450kmの緩やかな断崖である。以前の断層または亀裂がその後の衝突によって若返ったのは、惑星の歴史を通じて起こったと考えられる。したがって、葉状の圧縮断崖を除けば、水星の複雑な衝突履歴による構造と内部で生成された構造を区別することは困難である。しかしながら、四角形領域内にマッピングされた全ての線状構造の方位角方向の傾向は、主に北西（315°）と北東（35°～40°）である。わずかに南北方向の傾向も観察される。この状況は、一般的に惑星内部の要因に起因するとされる、月面のいわゆる「月面格子」を彷彿とさせる。
トルストイ四角形内の解釈可能な地質史は、クレーター間平原の形成期から始まり、これはトルストイ盆地を形成した小惑星の衝突直後まで続いた。この出来事の後、わずかに強度が弱まった衝突期が続いた。この期間に続いて、カロリス盆地とカロリス群の堆積物を形成した小惑星の衝突が起こった。中間平原はカロリス衝突時に再形成されたが、その形成は実際にはクレーター間平原形成期の終わりからc3クレーターの形成の終わりまで続いた。最後のc3クレーターと最初のc4クレーターが形成されていた頃、滑らかな平原とカロリス底平原の上部表面が堆積していた。滑らかな平原とカロリス底平原の物質の一部は、カロリス衝突中または直後に堆積した可能性がある。
滑らかな平原の大部分が形成された後、後期の c3 クレーターの一部と、大きなクレーターであるモーツァルトを含むすべての c4 および c5 クレーターが、それまでのすべての堆積物の上に重なりました。この四角形の認識可能な地質学的歴史は、おそらく数十億年前のこれらの出来事で終わります。水星の一般的な地質学的歴史の概要は、ゲストとオドネル[ 7 ]およびデイビスら[ 4 ]によって示されています。