18 апреля 1889 года в Токио (Япония) произошло землетрясение. Через 64 минуты тремор был обнаружен двумя горизонтальными маятниками, установленными в двух обсерваториях в Постдаме и Вильгельмсхафене (Германия). Это был первый случай, когда было зафиксировано прохождение сейсмических волн через недра планеты. 132 года спустя большая группа ученых изучила внутреннее строение Марса, благодаря сейсмографу, который несколько сложнее этих осцилляторов.
Зонд НАСА InSight обнаружил более сотни так называемых мартемотов за первый год своего существования.на поверхности Марса. Цель этой экспедиции - исследовать внутреннюю часть красной планеты, используя, среди прочего, сейсмические волны. Как и в случае со звуком, эти колебания модулируются средой, через которую они проходят. И именно эти изменения позволяют нам узнать толщину, плотность или даже тип материала, из которого состоит Марс. С тех пор, как InSight приземлился в кратере на Елисейской равнине в ноябре 2018 года, его сейсмограф SEIS зарегистрировал более тысячи землетрясений. Хотя ни одно из них не превышало звездную четырех бальной величины, дюжина из них оставила достаточно четкий сигнал, позволяющий увидеть внутреннюю структуру Марса со всеми его сходствами и различиями с Землей.
Первые результаты только что были опубликованы научным журналом Science в трех разных работах. Как и Земля, внутренняя часть Марса состоит из трех больших слоев: коры, мантии и ядра. Внешний слой имеет толщину от 20 до 39 километров, по крайней мере, в районе под зондом. При экстраполяции данных на всю планету на основе этих оценок глобальная гравитация и топография ограничивают среднюю толщину глобальной коры 24–72 км. Вдобавок они подсчитали, что в марсианской коре в 20 раз больше материалов выделяющих радиоактивное тепло, таких как уран и торий.
Мантия на Марсе относительно тоньше, чем на Земле. Благодаря сигналу от подземных толчков ученые полагают, что она также отличается по своему составу, подчеркивая отсутствие бриджманита, самого распространенного минерала на Земле, сосредоточенного в основном в нижней части мантии Земли, и что он играет ключевую роль в геотермальной энергии и динамике планеты.
Также есть отличия в самой внутренней части – ядре. Радиус Марса составляет около 1830 километров, что составляет чуть более половины эндосферы Земли. Имейте в виду, что красная планета намного меньше Земли. Железо является основным элементом, образующим оба ядра, но на Марсе больше легких материалов, таких как сера или кислород. Отражение полуволн подтверждает, что в центре Марса есть слой в жидком состоянии.
Для сейсмолога, специализирующегося на Марсе Саймона Штелераиз Института геофизики Федеральной политехнической школы Цюриха (Швейцария) и соавтора этих исследований, основное различие между ядром Земли и ядром Марса связано с плотностью: «Ядро Земли в среднем весит более 10 граммов на кубический сантиметр, то есть намного больше, чем у железа [7,7 г / см³]. Он такой тяжелый, потому что железо, основной компонент, сжимается из-за высокого давления на этой глубине». С другой стороны, «ядро Марса имеет всего 6 граммов на кубический сантиметр, поэтому оно намного легче железа». Поэтому в нем должны быть легкие элементы, в частности сера, кислород, углерод или водород. Но как они туда попали? Почему было доступно столько серы (> 10%)» - задается вопросом Штелер. По его мнению, это может указывать на раннее формирование Марса.
Железо во вращающемся ядре - это не что иное, как геодинамика, которая генерирует магнитное поле на Земле, достаточно сильное, чтобы защитить жизнь на планете от чрезмерного излучения. На Марсе это было в прошлом, но не сейчас. «Знание размера ядра и его жидкого состояния помогает дать объяснения того, что случилось с магнитным полем», - говорит Шиммель, сотрудник группы из Института физики мира в Париже.
Сейсмолог из Кембриджского университета Санне Коттаар, которая не участвовала в этих исследованиях, указывает на возможную историю того, что произошло: «Наблюдаемое ядро Марса находится в том же диапазоне [пропорционально наименьшим размерам Марса] радиуса, что и Земля, но это больше, чем предполагалось в большинстве предыдущих оценок. Следовательно, мантия тоньше, чем считалось ранее, а поскольку гравитация на Марсе также слабее, давления в мантии недостаточно для устойчивости бриджманита. Бриджманит покрывает ядро земли ограничивая его охлаждение. Его отсутствие на Марсе предполагает, что в первые дни могло произойти такое быстрое охлаждение, что оно вызвало геодинамическое и недолговечное магнитное поле».
Похожую идею отстаивает Мигель Эррайс, который исследует состав и структуру Марса в Мадридском университете Комплутенсе (UCM). Этот профессор напоминает, что примерно 4,2 миллиарда лет назад Марс обладал глобальным магнитным полем, как и у Земли. «От этого магнитного поля остались, скажем, археологические остатки магнетизма, наблюдаемого в части южной коры планеты». Как оно потерялось? «Факторы для поддержания геодинамики не очень хорошо известны даже для Земли», - говорит он, но добавляет, что «присутствие такого количества сульфидов серы в ядре, вместо более тяжелых материалов, может ускорить охлаждение и замедлить движение ядра».
Диего Кордоба, сейсмолог и коллега Эрраиса с факультета физических наук UCM, вспоминает, что для изучения недр Земли существуют сети сейсмографов с сотнями и даже тысячами сейсмографов. «На Марсе у них только один». С большим количеством устройств, таких как инструмент SEIS, они могли бы лучше определять толщину и плотность различных слоев, а также их состав. По этой причине полученные данные следует рассматривать как предварительные. Для подтверждения этих результатов потребуются исследования с использованием других инструментов.
Чтобы подтвердить эти первые результаты и получить множество других данных о происхождении, эволюции и судьбе Марса, необходимы все более сильные землетрясения. Шиммель все еще надеется, что произойдет сильное землетрясение, которое умножит информацию, полученную ими.
