Перед тем, как в 2018 году космический аппарат НАСА InSight приземлился на Марсе, марсоходы и орбитальные аппараты, изучающие Красную планету, концентрировались на ее поверхности. Сейсмометр стационарного посадочного модуля изменил это, впервые открыв подробности о глубоких недрах планеты.
Сегодня в журнале Science были опубликованы три статьи, основанные на данных сейсмометра, в которых подробно описаны глубина и состав коры, мантии и ядра Марса, включая подтверждение того, что центр планеты расплавлен. В то же время внешнее ядро Земли расплавлено, а внутреннее – твердое. Ученые продолжат использовать данные InSight, чтобы определить, верно ли то же самое для Марса.
«Когда мы впервые начали разрабатывать концепцию миссии более десяти лет назад, информация в этих документах была тем, что мы надеялись получить в конце, – сказал главный исследователь InSight Брюс Банердт из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, которая ведет миссию. – Это кульминация всей работы и беспокойства за последнее десятилетие».
Сейсмометр InSight, получивший название «Сейсмический эксперимент по изучению внутренней структуры» ( SEIS ), зарегистрировал 733 различных марскарида. Около 35 из них – все в диапазоне от 3,0 до 4,0 – предоставили данные для трех статей. Сверхчувствительный сейсмометр позволяет ученым «слышать» сейсмические события на расстоянии от сотен до тысяч миль.
Источник: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт.
Вглядываясь в Марс
Сейсмические волны различаются по скорости и форме при прохождении через различные материалы внутри планеты. Эти изменения на Марсе дали сейсмологам возможность изучить внутреннюю структуру планеты. В свою очередь, то, что ученые узнают о Марсе, может помочь лучше понять, как образовались все каменистые планеты, включая Землю.
Как и Земля, Марс нагрелся, когда образовался из пыли и больших сгустков метеоритного материала, вращающихся вокруг Солнца, которые помогли сформировать нашу раннюю Солнечную систему. В течение первых десятков миллионов лет планета разделилась на три отдельных слоя – кора, мантия и ядро - в процессе, называемом дифференциацией. Частью миссии InSight было измерение глубины, размера и структуры этих трех слоев.
Каждая статья в Science посвящена отдельному слою. Ученые обнаружили, что корка оказалась тоньше, чем ожидалось, и может иметь два или даже три подслоя. Она уходит на глубину 20 километров, если есть два подслоя, или 37 километров, если есть три.
Под ним находится мантия, которая простирается на 1560 километров под поверхностью.
В основе Марса находится ядро, имеющее радиус 1830 километров. Подтверждение размера расплавленного ядра было особенно волнующим для команды.
«Это исследование – шанс, который выпадает раз в жизни, – заявил Саймон Штелер из швейцарского исследовательского университета ETH Zurich, ведущий автор основной статьи. – Ученым потребовались сотни лет, чтобы измерить ядро Земли. После миссий Аполлона им потребовалось 40 лет, чтобы измерить ядро Луны. InSight потребовалось всего два года, чтобы измерить ядро Марса».
Охота на покачивания
Землетрясения, по мнению большинства людей, происходят из-за разломов, вызванных смещением тектонических плит. В отличие от Земли, на Марсе нет тектонических плит; его корка вместо этого похожа на одну гигантскую тарелку. Но разломы горных пород все еще образуются в коре Марса из-за напряжений, вызванных небольшим сжатием планеты, когда она продолжает охлаждаться.
Ученые InSight проводят большую часть своего времени в поисках всплесков вибрации на сейсмограммах, где малейшее покачивание на линии может представлять землетрясение или, если на то пошло, шум, создаваемый ветром. Если колебания сейсмограммы следуют определенным известным схемам (и если при этом не дует ветер), есть вероятность, что это может быть землетрясение.
Начальные колебания – это первичные, или P-волны, за которыми следуют вторичные, или S-волны. Эти волны могут снова появиться позже на сейсмограмме после отражения от слоев внутри планеты.
«Мы ищем эхо, – сказал Амир Хан из ETH Zurich, ведущий автор статьи о мантии. – Мы обнаруживаем прямой звук – землетрясение – а затем прислушиваемся к эхо от отражателя глубоко под землей».
Отголоски в подкорке
Эти отголоски могут даже помочь ученым найти изменения в одном слое, например, в подслоях земной коры.
«Наслоение коры – это то, что мы постоянно видим на Земле, – отметила Брижит Кнапмайер-Эндрун из Кельнского университета, ведущий автор статьи о коре. – Колебания сейсмограммы могут выявить такие свойства, как изменение пористости или более трещиноватый слой».
Одним из сюрпризов является то, что все самые значительные землетрясения InSight, похоже, произошли из одной области, Cerberus Fossae , региона, вулканически достаточно активного, чтобы лава могла течь туда в течение последних нескольких миллионов лет. Космические корабли, находящиеся на орбите, обнаружили следы валунов, которые, возможно, скатились с крутых склонов после того, как их раскололи из-за землетрясений.
Любопытно, что не было обнаружено землетрясений в более крупных вулканических регионах, таких как Фарсида, где расположены три самых больших вулкана на Марсе. Но возможно, что происходит много землетрясений, в том числе более крупных, которые InSight не может обнаружить. Это из-за теневых зон, вызванных ядром, преломляющим сейсмические волны от определенных областей, не позволяя эхо-сигналу землетрясения достигать InSight.
В ожидании большего
Эти результаты – только начало. У ученых теперь есть достоверные данные для уточнения своих моделей Марса и его образования, а SEIS каждый день обнаруживает новые землетрясения. Пока уровень энергии InSight контролируется , сейсмометр все еще слушает, и ученые надеются, что они обнаружат землетрясение силой более 4,0.
«Мы все еще хотели бы увидеть большое, – заметил Марк Пэннинг из JPL, соавтор статьи о коре. – Мы должны провести тщательную обработку, чтобы извлечь из этих данных то, что мы хотим. Более крупное мероприятие упростит все это ».
Читайте больше новостей с Марса
