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».
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».
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.
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.
Математика, которую Альберт Эйнштейн разработал для описания гравитационного механизма физической Вселенной в начале 20 века,…
В последние годы астрономы разработали методы измерения содержания металлов в звездах с чрезвычайной точностью. Обладая…
Какими бы эффективными ни были электронные системы хранения данных, они не имеют ничего общего с…
В 1896 году немецкий химик Эмиль Фишер заметил нечто очень странное в молекуле под названием…
Если вам посчастливилось наблюдать полное затмение, вы наверняка помните ореол яркого света вокруг Луны во…
В ранней Вселенной, задолго до того, как они успели вырасти, астрономы обнаружили то, что они…