В прошлом году впервые в истории была представлена карта внутренней структуры Красной планеты. Рассказываем, какими методами пользовались ученые при её составлении и чем марсианские «внутренности» отличаются от земных.
С шестидесятых годов прошлого века на Марсе побывали более двух десятков космических аппаратов. Они неплохо изучили атмосферу планеты и её поверхность. Однако внутренняя часть нашего соседа оставалась неисследованной до самого последнего времени. В середине лета 2021 года в журнале «Science» были опубликованы сразу три статьи, авторы которых впервые в истории представили карту внутренней структуры Красной планеты. Ранее подобная была только у Земли. При сравнении двух этих изображений сразу же бросаются в глаза некоторые отличия.
Впрочем, обо всем по порядку. Общее представление о структуре Красной планеты у астрономов появилось давно. Считается, что она сформировалась по земному сценарию. Марс поначалу был расплавленной сферой, а затем постепенно затвердел. В результате самые тяжелые элементы оказались в центре, а те, что полегче, поднимались выше, образуя слои. Проблема заключалась в определении толщины этих «пластов». В разное время было сформулировано несколько гипотез, основывавшихся как на компьютерных симуляциях, так и на прямом сопоставлении Марса и Земли. Однако для получения сколько-нибудь достоверных ответов ученым всякий раз не хватало нужного объема исходных данных.
До недавнего времени составление карты внутренней структуры Марса выглядело очень неблизкой перспективой. Дело в том, что одним из самых эффективных способов получения нужных данных является детекция сейсмических волн. На Земле их чаще всего генерируют землетрясения. Колебания проходят сквозь планету, а когда достигают границы между разными материалами, либо отражаются, как свет от зеркала, либо преломляются, то есть преодолевают «предел», изменяя при этом скорость и направление. В обоих случаях характер метаморфоз зависит от материала. Отслеживая траекторию сейсмических волн, ученые могут определять границы между слоями или получать представление о составе последних.
Описанный метод позволил получить представление о внутренней структуре Земли, однако надо понимать, что наша планета отличается значительной сейсмической активностью. На ней, помимо всего прочего, есть тектонические плиты, которые трутся друг об друга и генерируют постоянные возмущения, хотя эти волны часто слишком слабы или глубоки, чтобы ощущаться именно в качестве землетрясений. Марс же до недавнего времени считался очень спокойным «пациентом» с точки зрения сейсмической активности. Здесь нет сколько-нибудь значимой тектоники плит, поэтому создание карты внутренней структуры на основе фиксации колебаний казалось делом безнадежным.
Это представление претерпело приятные для ученых изменения три года назад, когда на Марс совершил посадку спускаемый зонд межпланетной станции «InSight». На его борту, помимо нескольких других научных приборов, имелся сейсмометр. Менее чем за год он зарегистрировал 174 сейсмических события. Это были слабые «марсотрясения», явившиеся отголоском не слишком бурных геологических процессов, вроде разрушения горных пород из-за остывания планеты. В любом случае, это показало, что при должном старании создать карту внутренних областей при помощи анализа сейсмических данных все же возможно.
Проблема была в том, что на Марсе работала всего одна сейсмическая «станция» – тот самый посадочный модуль «InSight». Ученым пришлось проявить всю свою изобретательность. Авторы упомянутых выше исследований использовали несколько методов обработки данных, после чего сравнили результаты, пытаясь найти погрешности и разночтения. Кроме того, чтобы выжать все до последней капли из скудного объема исходной информации, они привлекли к сотрудничеству специалистов, представляющих разные отрасли науки: геохимиков, минералогов, седиментологов, далее по списку.
Обстоятельный подход к выполнению поставленной задачи дал в конечном итоге замечательный результат: трехмерную карту внутренней части Марса. Она преподнесла ученым немало сюрпризов. Выяснилось, например, что толщина коры планеты равна нескольким десяткам километров, и плотность этой «скорлупы» гораздо меньше той, которая получается при расчетах на основании состава поверхности. Самым логичным объяснением здесь кажется следующее: породы, находящиеся в нижней части коры, претерпели физические и химические изменения в результате вулканической деятельности, став пористыми и, соответственно, более легкими.
Мантия, как и на Земле, в верхней своей части твердая, но ниже становится более вязкой и пластичной. Есть, однако, и отличия. Жесткий слой, известный как литосфера, простирается очень далеко – на 400-600 км ниже поверхности, что в два или даже три раза больше, чем на Земле, хотя Марс по размерам заметно меньше. По этой причине конвекция здесь несравненно хуже, и именно это, скорее всего, объясняет, почему на Красной планете нет тектоники плит.
Ядро Марса жидкое, как и считалось ранее, но его диаметр примерно на 200 километров больше ожидаемого. При этом, несмотря на крупный размер, оно не очень массивно, то есть состоит не только из тяжелых металлов, но и из более легких материалов – серы, кислорода и даже водорода. Такая композиция объясняет слабость магнитного поля Марса. Если бы ядро было преимущественно из хорошего проводника, вроде железа, конвекция и вращение планеты вокруг собственной оси генерировали бы мощную защитную оболочку. Смешение же с посторонними материалами фактически ставит крест на этом процессе.
Выводы, изложенные сегодня, предстоит многократно проверить, удостоверить и закрепить. Пока же можно констатировать, что в распоряжении науки появилась относительно точная карта внутренней структуры Марса. Она позволит исследовать соседнюю планету способами, которые были немыслимы ещё несколько лет назад.
Читайте также:
Больше познаваемого читайте на нашем сайте: poznavaemoe.ru