Удивительно, но факт: массивная ледяная шапка на северном полюсе Марса, сформировавшаяся по космическим меркам совсем недавно – всего несколько миллионов лет назад, – оказывает ощутимое давление на планету. Под её весом происходит медленное, но неуклонное погружение северного полюса. Ученые уверены, что этот на первый взгляд локальный процесс, в сочетании с ценнейшими данными, переданными на Землю посадочным модулем InSight, открывает уникальную возможность заглянуть вглубь Красной планеты и узнать больше о её внутреннем строении.
Следует отметить, что новое исследование, основанное на сложном компьютерном моделировании, подтверждает и детализирует ранее выдвинутые гипотезы о марсианских недрах. Примечательно, что для формирования более полной картины исследователи смогли объединить данные из совершенно разных источников, демонстрируя тем самым мощь междисциплинарного подхода в науке.
Хорошо известно, что земная кора, несмотря на свою кажущуюся монолитность, обладает определенной пластичностью. Она способна изгибаться и деформироваться под воздействием различных геологических процессов, таких как тектоника плит. Аналогичные процессы, хотя и в иных масштабах, происходят и на Марсе. В частности, огромные ледниковые щиты, существовавшие на Земле в периоды оледенений, оказывали колоссальное давление на земную кору, вдавливая её в мантию. После таяния льдов земная кора постепенно возвращается в исходное положение – этот процесс называется гляциоизостатическим поднятием.
В свою очередь, Марс, расположенный дальше от Солнца и имеющий более холодный климат, на первый взгляд может показаться планетой, скованной вечными льдами. Однако, по современным представлениям, полярные ледяные шапки Марса – относительно молодые образования. Анализ орбитальных параметров планеты и климатическое моделирование указывают на то, что условия освещенности полюсов Солнцем в прошлом были иными, что, вероятно, и привело к формированию полярных шапок не ранее 10 миллионов лет назад.
Таким образом, существует вероятность того, что марсианская кора в районе полюсов все еще находится в процессе погружения под весом льда. Изучение этого процесса может дать ценную информацию о свойствах коры и мантии Марса.
Прямое измерение скорости погружения полюса с орбиты Земли – задача практически невыполнимая. Поэтому ученые пошли иным путем: они разработали 84 различные компьютерные модели эволюции Марса. Каждая модель учитывала различные параметры внутреннего строения планеты – температуру коры, её толщину, вязкость мантии и другие характеристики. Разнообразие параметров позволило охватить широкий спектр возможных сценариев, но для получения достоверных результатов необходимо было отсеять нереалистичные модели.
Для отбора наиболее правдоподобных моделей исследователи использовали данные, полученные с различных марсианских миссий. Одним из ключевых источников информации стали сейсмические данные, собранные посадочным модулем InSight. Установленный на InSight сейсмограф, несмотря на свое экваториальное положение, способен регистрировать достаточно мощные марсотрясения, происходящие в любой точке планеты. Отсутствие зарегистрированных InSight марсотрясений магнитудой выше 3.8 на северном полюсе позволило установить ограничение на скорость деформации коры в этом регионе.
Дополнительные данные были получены благодаря радиолокационным данным с орбитальных аппаратов. Радиолокационное зондирование позволило изучить структуру полярных ледяных шапок вплоть до границы с корой и оценить степень отклонения формы поверхности от идеальной сферы.
Также были проанализированы изменения орбит марсианских спутников. Длительное наблюдение за орбитами позволило бы выявить значительные гравитационные аномалии, вызванные накоплением льда или деформацией коры. Фактические изменения орбит оказались незначительными и позволили установить верхний предел скорости деформации коры – не более 0.13 миллиметра в год.
Наконец, при моделировании учитывались физические свойства полярной шапки, такие как плотность, соответствующая смеси льда и пыли.
В результате тщательного отбора из 84 первоначальных моделей лишь три оказались совместимы со всеми полученными данными. Все три реалистичные модели указывали на высокую вязкость марсианской мантии, что косвенно подтверждает гипотезу о относительно холодном внутреннем строении Марса. Это также согласуется с представлениями о том, что основные запасы радиоактивных элементов, являющихся источником тепла для планеты, сосредоточены в коре, а не в глубинных слоях мантии. Подтвердить это предположение могло бы измерение теплового потока из недр Марса, но, к сожалению, соответствующий эксперимент на InSight не был успешно реализован. Таким образом, для получения более точных данных о тепловой динамике Марса потребуются новые миссии.
Тем не менее, полученные результаты моделирования подтверждают и оценку возраста полярной ледяной шапки – менее 10 миллионов лет, что соответствует климатическим моделям, основанным на орбитальных данных.
В целом, новое исследование представляет собой значительный шаг вперед в понимании внутреннего строения Марса. Оно демонстрирует, как, используя разнообразные данные, полученные с орбиты и поверхности планеты, ученые могут создавать все более точные и полные модели, приближаясь к разгадке тайн Красной планеты. Данная работа – яркий пример того, как фрагменты информации из, казалось бы, разрозненных источников, складываются в единую, стройную картину, позволяя нам лучше понять процессы, происходящие на далеких планетах.