Зонд NASA впервые реализует «портрет» внутреннего строения Марса

Впервые внутренняя структура планеты, отличной от Земли, исследована на основании данных о землетрясениях. Данные собирает космический корабль NASA InSight, который достиг Красной планеты в ноябре 2018 года.

Посадочный модуль использовал роботизированный манипулятор для установки чувствительного сейсмометра на поверхности Красной планеты. Это была вторая попытка обнаружить «мартемотов» – прозвище марсианских землетрясений. Первый случился с зондами Viking в 1970-х годах, но оказался неудачным, потому что в одном из них не удалось правильно экспонировать прибор, а во втором чувствительность была недостаточной для идентификации истинных сейсмических событий.

Все, что выяснилось тогда, это то, что Марс был менее сейсмически активен, чем Земля, что, пожалуй, было самым разочаровывающим из результатов этих исследований.

Создав InSight десятилетия спустя, NASA решило эту задачу. Шестой сейсмометр (аббревиатура от Seismic Experiment for the Internal Structure), разработанный в Institut de Physique Terrestre de Paris, будет установлен роботизированной рукой непосредственно на поверхности Марса, а затем будет защищен крышкой, чтобы уменьшить воздействие вибраций Земли. Атмосфера по замерам.

Его работа началась в феврале 2019 года, и с тех пор инструмент собирает данные. В самой атмосфере все еще существует много «шума», производимого вибрациями, но исследователи наконец смогли обнаружить первых мартемотов.

Как когда-то предположили викинги, Марс в сейсмическом отношении намного спокойнее Земли. Землетрясений довольно много, но все они в основном небольшие. Ни один из уже обнаруженных объектов не превышал 4 баллов по шкале Рихтера, и если кто-то был там, они могли почувствовать сотрясение земли, только находясь в нескольких милях от эпицентра.

Землетрясения – отличный инструмент для определения внутренней структуры мира. Это потому, что невозможно добраться до центра планеты, но ударные волны, создаваемые толчками, попадают туда с гораздо меньшими трудностями. И что наиболее важно, когда они проходят через регионы с разными свойствами, они претерпевают изменения в скорости и частоте. Итак, на основе «расскажите мне, как вы, и я скажу вам, где вы были», ученые могут использовать сейсмические волны для построения «рентгеновского снимка» (обратите внимание на цитаты, ничего общего с рентгеновскими лучами) планеты. .

Здесь, на Земле, на данный момент мы можем сделать это с помощью множества сейсмометров по всему миру, что не только позволяет нам получить отличное представление о том, как наша планета выглядит изнутри, но также мы можем иметь важные практические приложения, такие как понимание распределения землетрясений по всему миру и создание предупреждений о цунами.

На Марсе, по крайней мере на данный момент, работа должна выполняться с использованием одного оборудования, что усложняет задачу и увеличивает неопределенность. Тем не менее, вы можете многому научиться, как показывают три научных статьи, опубликованные в выпуске журнала Science за эту неделю.

«Эти исследования представляют собой первые прямые наблюдения за структурой коры, мантии и ядра другой каменистой планеты, результаты и выводы, которые можно сравнить и сопоставить с характеристиками Земли», – говорят Санне Коттаар и Паула Келемейер из Кембриджского университета. Великобритания, комментируя результаты в том же номере журнала Science.

Одна из работ, впервые написанная Саймоном Штелером из Федерального технологического института в Цюрихе, Швейцария, была сосредоточена на изучении ядра Марса на основе сейсмических волн, которые прошли туда, отскочили и попали на сейсмометр InSight.

Исследователи определили, что Марс имеет жидкое металлическое железо-никелевое ядро, похожее на Землю, но пропорционально намного больше. Имея радиус около 1830 км, он поднимается почти на полпути к поверхности (Марс имеет радиус 3390 км). С другой стороны, несмотря на свой размер, он намного менее плотный, чем земной, что заставляет исследователей думать, что должно быть относительно более высокое содержание более легких элементов, таких как сера.

Это важные части головоломки, которая пытается объяснить, почему Красная планета потеряла свое глобальное магнитное поле. Мы знаем из намагничивания в поверхностных породах, что Марс когда-то имел один, и что ядро, как и Земля, когда-то действовало как динамо, создавая защитную магнитосферу. Но в настоящее время он выключен.

Вторая статья, впервые написанная Амиром Ханом, также из Федерального технологического института в Цюрихе, была посвящена сейсмическим волнам, которые могут раскрыть детали структуры мантии Марса. Вместо того, чтобы отскакивать от ядра, они двигались прямо от эпицентра мартемотосов к сейсмометру, и исследователи определили, что они постепенно замедлялись до глубины от 400 до 600 км, обнаруживая возможную границу между литосферой (верхний слой) и мантия (там, где есть конвекция материи, движущейся, кажется, очень медленно).

Третье исследование, впервые написанное Бриджит Кнапмайер-Эндрун из Кельнского университета, Германия, было сосредоточено на изучении марсианской коры, верхней части литосферы. По его словам, данные InSight согласуются с двумя моделями, одна показывает локальную глубину земной коры около 20 км, а другая – 39 км. Экстраполируя местные данные в глобальный масштаб, они оценивают глубину коры Марса от 24 до 72 км.

Кроме того, моделирование, по-видимому, предполагает, что кора должна быть в 13–21 раз более обогащена тепловыделяющими радиоактивными элементами, чем мантия, что намного выше, чем оценка, основанная на измерениях поверхностных материалов. (К сожалению, InSight не смогла правильно установить свой термометр на Марсе, что помогло бы составить более четкую картину этих результатов.)

Работа предлагает первый конкретный шанс сравнить две каменистые планеты в нашей солнечной системе, Землю и Марс. Его внутренняя структура является прямым результатом процессов, которые привели к его формированию, и истории, которую он имел за 4,5 миллиарда лет, прошедших с момента появления из солнечной туманности.

И это еще не все. Миссия InSight была продлена NASA до 2022 года, и «ожидается, что количество высококачественных наблюдений удвоится, что создаст множество возможностей для добавления деталей и улучшения марсианских моделей», – говорят Коттаар и Келемейер.