Анализ сейсмических волн, зарегистрированных на Марсе миссией InSight, позволил по-новому взглянуть на внутреннюю часть планеты. Ученым удалось определить толщину и состав коры, мантии и ядра Красной планеты.
До того, как миссия InSight приземлилась на Марс в 2018 году, марсоходы и орбитальные аппараты, исследующие Красную планету, были сосредоточены исключительно на ее поверхности. В первую очередь из-за отсутствия соответствующего научного инструментария. Все изменил сейсмометром InSight SEIS (Seisic Experiment for Interior Structure). Благодаря ему ученые узнали подробности о "внутреннем мире" Красной планеты.
В журнале Science были опубликованы три научные статьи, основанные на данных SEIS (DOI: 10.1126/science.abf8966, DOI: 10.1126/science.abf2966, DOI: 10.1126/science.abi7730). Ученые дают оценки размеров ядра планеты, толщины ее оболочки и структуры мантии. Это первое в истории сейсмическое исследование внутренней структуры каменистой планеты, отличной от Земли, и важный шаг к пониманию образования и эволюции Марса.
Сейсмометр SEIS
Когда мы впервые начали разрабатывать концепцию миссии более десяти лет назад, мы включили в документацию информацию, которую надеялись получить, - сказал главный исследователь InSight Брюс Банердт из Лаборатории реактивного движения NASA.
Это кульминация десятилетия работы, - добавил он.
Миссия InSight была оснащена специальным «ухом». Это чрезвычайно чувствительный сейсмометр SEIS, способный улавливать самые незначительные вибрации. Инструмент был предоставлен Французским национальным центром космических исследований (Centre National d'Etudes Spatiales, CNES), и с его помощью ученые хотели изучить, как сейсмические волны проходят через внутреннюю часть планеты, что поможет ответить на вопросы о внутренней структуре Марса.
SEIS зарегистрировал 733 различных землетрясения на Марсе с магнитудой от 3,0 до 4,0. Следует отметить, что сверхчувствительный сейсмометр позволяет ученым «слышать» сейсмические события за сотни и даже тысячи километров.
Что внутри Марса?
Сейсмические волны имеют разные скорости и формы, поскольку они проходят через различные материалы внутри планеты. Это позволило ученым изучить внутреннюю структуру Марса. В свою очередь, то, что ученые узнали о Марсе, может помочь лучше понять формирование всех скалистых планет, включая Землю.
Как и Земля, Марс достиг высоких температур, поскольку образовался из пыли и больших скоплений вещества, вращающихся вокруг Солнца. В течение первых десятков миллионов лет планета разделилась на три отдельных слоя - кора, мантию и ядро. Частью миссии InSight было измерение глубины, размера и структуры этих трех слоев, при этом каждая из статей в Science была посвящена отдельному слою.
Ученые обнаружили, что кора планеты тоньше, чем ожидалось, и может иметь два или даже три подслоя. Ее толщина достигает 20 километров, если есть два подслоя, или 37 километров, если есть три. Под корой находится мантия, простирающаяся на 1560 километров под поверхностью. В основе Марса находится ядро, имеющее радиус 1830 километров.
Особенно интересно было определить размер жидкого ядра. Ученым потребовались сотни лет, чтобы измерить ядро Земли. После миссий Аполлона на измерение ядра Луны ушло 40 лет. InSight потребовалось всего два года для измерения ядра Марса, - сказал Саймон Штелер из Федерального политехнического университета Цюриха, ведущий автор одной из статей, опубликованных в журнале Science.
Толчки на Марсе
Сейсмические толчки на нашей планете возникают в результате разряда напряжений, вызванных смещением тектонических плит. В отличие от Земли, на Марсе нет тектонических плит. Но Красная планета сжимается по мере того, как постепенно остывает. Это вызывает образование трещин и разломов в коре Марса. Отсюда землетрясения на Марсе.
Ученые, анализирующие данные SEIS, тратили большую часть своего времени на поиск видимых вибраций на сейсмограммах. Начальные колебания - это первичные волны, за которыми следуют вторичные волны. Эти волны также могут появиться снова после отражения от слоев внутри планеты.
Мы ищем эхо, - сказал Амир Хан из Федерального политехнического университета Цюриха.
Мы обнаруживаем прямую вибрацию, то есть марсотрясение, а затем прислушиваемся к эху глубоко под поверхностью, - добавил он.
Такие эхо-сигналы могут помочь ученым найти изменения в структуре данного слоя, такие как изменение пористости или трещины.
Одним из сюрпризов является то, что все сильнейшие толчки, зарегистрированные InSight, по всей видимости, происходят из одной области - Окаменелости Цербера. Вероятно, что этот регион был вулканически активным в течение последних нескольких миллионов лет. Интересно, что не было обнаружено никаких толчков в более известных вулканических регионах, таких как Фарсида, где расположены три крупнейших вулкана на Марсе.
Но эти результаты - только начало. У ученых теперь есть достоверные данные для уточнения своих моделей Марса и его образования, а SEIS обнаруживает новые марсотрясения каждый день. Ученые надеются обнаружить толчки силой более 4,0 баллов. Однако времени у них оставалось мало. У посадочного модуля InSight серьезные проблемы с генерацией энергии.
Источник: NASA
