Впервые создана подробная карта внутреннего строения Марса

Неподвижный зонд, на поверхности Марса предоставил исчерпывающую картину внутренней структуры красной планеты.

Посадочный модуль Mars InSight зафиксировал около 733 маршевых землетрясений и использовал информацию о 35 из них, чтобы сформировать картину земной коры, мантии и ядра. Впервые сейсмические данные были использованы для исследования недр планеты, отличной от Земли, и это важный шаг к пониманию эволюции каменистых планет Солнечной системы.

Эти марсотрясения выявили толщину и структуру коры и мантии, а также удивительно большое жидкое ядро ​​с низкой плотностью. Результаты были описаны в трех статьях, опубликованных в Science; они представляют собой совершенно потрясающий подвиг научной изобретательности и упорного труда.

«Ученым потребовались сотни лет, чтобы изучить ядро ​​Земли; после миссий Аполлона потребовалось 40 лет, чтобы изучить ядро ​​Луны. InSight потребовалось всего два года, чтобы измерить ядро ​​Марса».

Сейсмическая активность расходится от точки своего происхождения, распространяются по планете, луне или звезде. То, как сейсмические волны распространяются через определенные материалы и отражаются от них, позволяет сейсмологам наносить на карту основные объекты.

До относительно недавнего времени Марс не считался особенно геологически активным. У него нет тектонических плит, а один дискретный слой коры. Хотя есть древние вулканические регионы, новой вулканической активности не наблюдалось. У него также нет глобального магнитного поля, которое на Земле создается внутренней вращающейся, конвектирующей и электропроводящей жидкостью (ядром), которая преобразует кинетическую энергию в магнитную энергию, раскручивая магнитное поле в космос.

Однако недавние наблюдения показали, что красная планета не так мертва, как мы думали. Были намёки на вулканическую активность. А в апреле 2019 года InSight обнаружил самые первые колебания из недр Марса — прямое свидетельство марсотрясений.

С тех пор было внесено в каталог более 700 марсотрясений, около 35 из которых были достаточно сильными для сейсмического картирования, даже при работе с ограничениями InSight: здесь, на Земле, сейсмическое картирование проводится с использованием нескольких станций мониторинга. InSight — это всего лишь один зонд.

«Прямые сейсмические волны от землетрясения немного похожи на звук наших голосов в горах: они производят эхо», — пояснил сейсмолог Филипп Логнонне из Парижского университета во Франции.

«И именно эти эхо, отраженные от ядра, или на границе кора-мантия, или даже на поверхности Марса, мы искали в сигналах, благодаря их сходству с прямыми волнами».

Кора Марса.

Ученые обнаружили, что в среднем марсианская кора толщиной от 24 до 72 километров и состоит как минимум из двух слоев.

Как выяснили исследователи, самый верхний слой оказался неожиданно пористым. Это предполагает высокую долю радиоактивных элементов в коре, что означает, что мы могли неправильно понять состав коры в предыдущих моделях.

«Сейсмология может измерять в основном контрасты скоростей. Это различия в скорости распространения сейсмических волн в разных материалах», — сказала Брижит Кнапмайер-Эндрун из Кельнского университета в Германии.

«Очень похоже на оптику, мы можем наблюдать такие явления, как отражение и преломление. Что касается коры, мы также извлекаем выгоду из того факта, что кора и мантия состоят из разных горных пород с сильным скачком скорости между ними».

Мантия Марса.

Марсианская мантия состоит из слоя горных пород с твердой литосферой, простирающейся на 400-600 километров. Это контрастирует с литосферой Земли, которая имеет толщину около 100 километров; однако обе литосферы, вероятно, имеют нижнюю область, где материал начинает немного плавиться и медленно перемещается.

Как и кора, мантия Марса также обогащена радиоактивными элементами.

«Сейсмические данные подтвердили, что Марс предположительно когда-то был полностью расплавлен, прежде чем образовались кора, мантия и ядро, которые мы видим сегодня, но они отличаются от земных», — сказал геофизик Амир Хан из ETH Zurich.

Ядро Марса.

Марсианское ядро ​​намного больше, чем предполагалось, с радиусом около 1830 километров. Оно огромно — более половины планетарного радиуса в 3390 километров и на 200 километров больше, чем предполагалось.

Сейсмические данные также показывают, что ядро ​​жидкое, хотя больший размер указывает на более низкую плотность. Это означает, что ядро содержит более легкие элементы, такие как сера, кислород, углерод и водород, в дополнение к железу и никелю, что имеет значение для минералогии границы ядро-мантия.

Исследование может помочь нам выяснить, как Марс потерял свое магнитное поле — информация, которая, в свою очередь, может помочь нам лучше понять планетные магнитные поля в целом и Земли в частности.

«Миссия InSight предоставила уникальную возможность получить эти данные», — сказал сейсмолог и геолог Доменико Джардини из ETH Zurich.

«Но мы далеки от завершения анализа всех данных — Марс по-прежнему представляет нам множество загадок, в первую очередь, образовался ли он в то же время и из того же материала, что и наша Земля».

Статьи были опубликованы в журнале Science. Их можно найти здесь, здесь и здесь.