Анатомия красной планеты: землетрясения на Марсе открывают недра

С начала 2019 года в рамках миссии InSight исследователи регистрируют и анализируют землетрясения. Для этого используется сейсмометр, электроника для сбора данных и контроля которого была разработана в ETH Zurich. Используя эти данные, исследователи измерили кору, мантию и ядро ​​красной планеты — данные, которые помогут определить формирование и эволюцию Марса и, как следствие, всей Солнечной системы.

Марс когда-то полностью расплавился

Мы знаем, что Земля состоит из оболочек: тонкая кора легкой твердой породы окружает толстую мантию из тяжелой вязкой породы, которая, в свою очередь, окружает ядро, состоящее в основном из железа и никеля. Предполагается, что планеты земной группы, включая Марс, имеют аналогичную структуру. «Теперь сейсмические данные подтвердили, что Марс, предположительно, когда-то был полностью расплавлен, прежде чем разделиться на кору, мантию и ядро, которые мы видим сегодня, но они отличаются от земных», — говорит Амир Хан, ученый из Института геофизики ETH Zurich и в Физическом институте Цюрихского университета. Вместе со своим коллегой по ETH Саймоном Штелером он проанализировал данные миссии НАСА InSight, в которой ETH Zurich участвует под руководством профессора Доменико Джардини.

На Марсе нет тектоники плит

Исследователи обнаружили, что толщина марсианской коры под местом посадки зонда около марсианского экватора составляет от 15 до 47 километров. Такая тонкая кора должна содержать относительно высокую долю радиоактивных элементов, что ставит под сомнение предыдущие модели химического состава всей коры.

Под корой находится мантия с литосферой из более твердых пород, достигающей 400-600 километров вниз — вдвое глубже, чем на Земле. Это могло быть связано с тем, что сейчас на Марсе есть только одна континентальная плита, в отличие от Земли с ее семью большими подвижными плитами. «Толстая литосфера хорошо согласуется с моделью Марса как« планеты с одной плитой », — заключает Хан.

Измерения также показывают, что марсианская мантия минералогически похожа на верхнюю мантию Земли. «В этом смысле марсианская мантия — это более простая версия мантии Земли». Но сейсмология также обнаруживает различия в химическом составе. Например, марсианская мантия содержит больше железа, чем Земля. Однако теории о сложности слоистости марсианской мантии также зависят от размера основного ядра — и здесь исследователи тоже пришли к новым выводам.

Ядро жидкое и больше, чем ожидалось

Марсианское ядро ​​имеет радиус около 1840 километров, что на добрые 200 километров больше, чем предполагалось 15 лет назад, когда планировалась миссия InSight. Теперь исследователи смогли пересчитать размер ядра, используя сейсмические волны. «Определив радиус ядра, теперь мы можем рассчитать его плотность», — говорит Штелер.

«Если радиус сердцевины большой, плотность сердцевины должна быть относительно низкой, — поясняет он. — Это означает, что сердцевина должна содержать большую долю более легких элементов в дополнение к железу и никелю». К ним относятся сера, кислород, углерод и водород, и они составляют неожиданно большую долю. Исследователи приходят к выводу, что состав всей планеты еще полностью не изучен. Тем не менее, текущие исследования подтверждают, что ядро ​​жидкое, как и предполагалось, даже если у Марса больше нет магнитного поля.

Достижение цели с помощью разных сигналов

Исследователи получили новые результаты, проанализировав различные сейсмические волны, создаваемые маршевками. «Мы уже могли видеть разные волны в данных InSight, поэтому мы знали, как далеко от посадочного модуля находятся эти эпицентры землетрясений на Марсе», — говорит Джардини. Чтобы что-то сказать о внутренней структуре планеты, необходимы волны землетрясений, которые отражаются от поверхности или ниже поверхности или от ядра. Теперь исследователям впервые удалось наблюдать и анализировать такие волны на Марсе.

«Миссия InSight предоставила уникальную возможность получить эти данные», — говорит Джардини. Поток данных закончится через год, когда солнечные элементы посадочного модуля перестанут вырабатывать достаточно энергии. «Но мы далеки от того, чтобы закончить анализ всех данных — Марс по-прежнему представляет нам множество загадок, в первую очередь, образовался ли он в то же время и из того же материала, что и наша Земля». Особенно важно понять, как внутренняя динамика Марса привела к потере активного магнитного поля и всей поверхностной воды. «Это даст нам представление о том, могут ли эти процессы происходить на нашей планете и каким образом», — объясняет Джардини. «Это наша причина, по которой мы находимся на Марсе, чтобы изучить его анатомию».