Марсианская дихотомия: гигантская загадка Красной планеты наконец решена

Марс является домом, возможно, для величайшей загадки Солнечной системы: так называемой марсианской дихотомии, которая сбивает с толку ученых с момента ее открытия в 1970-х годах.

Южные высокогорья Марса (которые покрывают около двух третей поверхности планеты) возвышаются на целых пять-шесть километров выше северных низменностей. Нигде больше в Солнечной системе мы не видим такого большого и резкого контраста в таком масштабе.

Что послужило причиной эта драматическая разница? Ученые разделились во мнениях относительно того, является ли это результатом внешних факторов (например, столкновения с огромным астероидом размером с Луну) или внутренних факторов, таких как поток тепла через расплавленные недра планеты.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Geophysical Research Letters, мы проанализировали марсотрясения, обнаруженные посадочным модулем НАСА Insight, расположенным недалеко от границы, разделяющей две стороны земного шара. дихотомия. Изучение того, как распространяются вибрации марсианского землетрясения, выявило доказательства того, что происхождение марсианской дихотомии лежит глубоко внутри Красной планеты.

Марсианская дихотомия

Высота — не единственное различие между двумя сторонами марсианской дихотомии.

Южное нагорье испещрено кратерами и пронизано замерзшими потоками вулканической лавы. Напротив, поверхность северных низменностей гладкая и плоская, почти без видимых шрамов и других значительных особенностей.

Из геофизических и астрономических измерений мы также знаем, что кора Марса значительно толще под южными высокогорьями. Более того, южные породы намагничены (что позволяет предположить, что они относятся к древней эпохе, когда Марс имел глобальное магнитное поле), а скалы северной низменности — нет.

Марсианская дихотомия была открыта в 1970-х годах, когда изображения зондов «Викинг» показали разницу в высоте и плотности ударных кратеров.

Поверхностная плотность кратеров (количество кратеров на единицу площади) может использоваться для расчета возраста поверхностных пород — чем старше поверхность, тем больше кратеров. Таким образом, южные нагорья кажутся старше северных низменностей.

Ученые также полагают, что когда-то существовала обширная океан жидкой воды на Марсе, вероятно, в том же регионе, что и северные низменности.

Здесь много дискуссий по этому поводу, поскольку существование или отсутствие отложений, форм рельефа и некоторых минералов, которые образуются, когда земля покрыта океаном, используются в качестве основных доказательств за и против.

Существование жидкой воды является необходимым условием существования жизни, поэтому нетрудно понять интерес научного сообщества и космических агентств к этой проблеме.

Космическое пространство или внутренние силы?

Происхождение марсианской дихотомии долгое время было загадкой планетарной науки. Какой постепенный или насильственный природный процесс, явление, космическая сила или катастрофа на ранней стадии развития Марса (учитывая возраст пород на поверхности) могли бы дать ответ на этот вопрос?

Появились две основные гипотезы.

Во-первых, это так называемая эндогенная гипотеза. Это утверждает, что разница в теплопередаче за счет подъема более теплого и опускания более холодного материала внутри марсианской мантии привела к видимой дихотомии на ее поверхности.

Вторая — экзогенная гипотеза, согласно которой причина дихотомии исходит из космоса. Это будет означать катастрофическое воздействие либо одного тела размером с Луну, либо нескольких тел меньшего размера, изменяющее форму поверхности планеты.

Марсетрясения

На Земле мы можем использовать данные сотен и даже тысяч сейсмометров для триангуляции места землетрясения.

На Марсе у нас есть данные только от одного прибора на посадочном модуле Insight. Чтобы определить местоположение марсотрясения, мы должны полагаться на измерение разницы во времени прихода различных типов вибраций (называемых волнами P и S).

Это позволит нам рассчитать расстояние до марсотрясения. Мы также можем определить направление землетрясения, наблюдая за движением частиц на земле.

После того как мы создали систему для точного определения марсотрясений по данным Insight, мы сверили ее с известными событиями, такими как падения метеоритов, зафиксированными спутниковыми камерами. Мы обнаружили, что наши методы надежно указывают на скопление марсотрясений в регионе Терра Киммерия на южном высокогорье.

Затем мы изучили, как S-волны теряли энергию, проходя через скалы южного нагорья. Мы также провели аналогичные расчеты для ранее наблюдавшихся землетрясений в районе ямок Цербера на северной низменности.

Сравнивая эти два показали, что волны теряли энергию быстрее в южном высокогорье. Наиболее вероятное объяснение состоит в том, что скала под южным нагорьем более горячая, чем на севере.

Какие землетрясения расскажите нам о дихотомии

Эта разница температур между двумя половинками дихотомии подтверждает идею о том, что раскол был вызван внутренними силами Марса, а не каким-то внешним воздействием.

Полное объяснение того, почему, довольно сложно. Для упрощения ученые создали модели того, как дихотомия могла сформироваться на основе первоначальной неровности коры Марса еще в далеком прошлом.

В какой-то момент на Марсе были движущиеся тектонические плиты, как на Земле. Движение этих плит и расплавленной породы под ними могло создать нечто вроде дихотомии, которая затем застыла на месте, когда тектонические плиты перестали двигаться, образуя то, что ученые называют «застойной крышкой» в расплавленной недрах планеты.

Эти события, возможно, затем создали закономерности конвекции в расплавленной породе, которые могут объяснить дихотомию, которую мы наблюдаем сегодня, с апвеллингом под южным нагорьем и даунвеллингом под северной низменностью.

Наши марсотрясения свидетельствуют о разнице температур по всей территории дихотомия согласуется с этими моделями.

Чтобы окончательно ответить на вопрос о том, что стало причиной марсианской дихотомии, нам понадобится больше данных о марсианских землетрясениях, а также подробные модели того, как сформировался Марс. и сравнения с Землей и другими планетами. Однако наше исследование выявило новую важную часть головоломки.

Хрвое Ткалчич, профессор, руководитель отдела геофизики, директор массива Варрамунга, Австралийский национальный университет, и Вейджа Сан, профессор Геофизика, Ключевая лаборатория физики Земли и планет, Институт геологии и геофизики Китайской академии наук

Эта статья перепечатана из журнала The Conversation. по лицензии Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.