Trzęsienia ziemi na Marsie ujawniają codzienne odkrycia meteorytów: odkryto nową klasę

Krótko:

• Po raz pierwszy naukowcy wykorzystali dane sejsmiczne do oszacowania globalnego współczynnika uderzeń meteorytów, pokazując, że meteoroidy wielkości piłki do koszykówki uderzają w Marsa niemal codziennie.
• Sygnały sejsmiczne pochodzące z uderzenia pokazują, że uderzenia meteorytu są pięć razy silniejsze, niż wcześniej sądzono.
• Dane sejsmiczne stanowią nowe narzędzie, w połączeniu z danymi obserwacyjnymi, do obliczania współczynnika uderzenia meteorytów i planowania przyszłych misji na Marsa

Międzynarodowy zespół naukowców, pod kierownictwem Szwajcarskiego Federalnego Instytutu Technologii w Zurychu i Imperial College w Londynie, dokonał pierwszego oszacowania globalnego wpływu meteorytów na Marsa, korzystając z danych sejsmicznych. Ich odkrycia sugerują, że każdego roku w planetę uderza od 280 do 360 meteorytów, tworząc kratery uderzeniowe o średnicy większej niż 8 metrów (około 26 stóp). „Współczynnik ten był około pięciokrotnie wyższy niż szacowany na podstawie samych zdjęć orbitalnych” – skomentowała Geraldine Zenhausern, która współprowadziła badanie. „Zgodnie ze zdjęciami orbitalnymi nasze wyniki pokazują, że sejsmologia jest doskonałym narzędziem do pomiaru współczynnika uderzeń”.

Sejsmiczne „ćwierkanie” odnosi się do nowej klasy trzęsień ziemi

Wykorzystując dane z sejsmometru rozmieszczonego podczas misji NASA Insight na Marsa, badacze odkryli, że 6 zdarzeń sejsmicznych zarejestrowanych w pobliżu stacji zostało wcześniej zidentyfikowanych jako uderzenia meteorytów (Garcia i in., 2023) – proces ten umożliwił zapis sygnał atmosferyczny Kiedy meteoryty wchodzą w atmosferę Marsa, generowany jest specyficzny dźwięk. Teraz Zenhäusern, współprzewodnicząca ETH Zurich, Natalia Wójcicka z Imperial College London i zespół badawczy odkryli, że te sześć zdarzeń sejsmicznych należy do znacznie większej grupy trzęsień ziemi na Marsie, tak zwanych zdarzeń o bardzo wysokiej częstotliwości (VF). . Proces źródłowy tych trzęsień ziemi zachodzi znacznie szybciej niż trzęsienia ziemi tektoniczne o podobnej wielkości. Podczas gdy trzęsienie ziemi o sile 3 stopni w skali Richtera na Marsie trwa kilka sekund, uderzenie o tej samej wielkości trwa tylko 0,2 sekundy lub mniej, ze względu na dużą prędkość uderzenia. Analizując widma marsjańskich trzęsień ziemi, zidentyfikowano 80 innych marsjańskich trzęsień ziemi, które obecnie uważa się za spowodowane uderzeniami meteorytów.

Ich badania rozpoczęły się w grudniu 2021 r., rok przed tym, jak pył gromadzący się na panelach słonecznych położył kres misji InSight, kiedy duże, odległe trzęsienie ziemi zarejestrowane przez sejsmometr zarejestrowało szerokopasmowy sygnał sejsmiczny na całej planecie. Teledetekcja powiązała trzęsienie ziemi z kraterem o szerokości 150 metrów. Aby to potwierdzić, zespół InSight nawiązał współpracę z kamerą kontekstową Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) w celu poszukiwania innych nowych kraterów odpowiadających czasowi i lokalizacji zdarzeń sejsmicznych wykrytych przez InSight. Prace badawcze zespołu opłaciły się i udało im się znaleźć drugi nowy krater o średnicy ponad 100 metrów (320 stóp). Jednakże mniejsze kratery, powstałe w wyniku uderzenia w planetę meteorytów wielkości piłki do koszykówki, a które powinny występować częściej, pozostały nieuchwytne. Obecnie liczbę uderzeń meteorytów oszacowano na podstawie występowania tych specjalnych trzęsień ziemi o wysokiej częstotliwości.

Wskaźnik uderzenia pierwszego meteorytu na podstawie danych sejsmicznych

Każdego roku na Ziemię spada prawie 17 000 meteorów, ale jeśli nie przelecą nocnego nieba, rzadko są zauważane. Większość meteorytów rozpada się po wejściu w atmosferę ziemską, ale atmosfera na Marsie jest 100 razy cieńsza, przez co jego powierzchnia jest podatna na większe i częstsze uderzenia meteorytów.

Do tej pory planetolodzy polegali na obrazach i modelach orbit pochodzących z dobrze zachowanych uderzeń meteorytów na Księżyc, ale ekstrapolacja tych szacunków na Marsa okazała się trudna. Naukowcy musieli wziąć pod uwagę silniejsze przyciąganie grawitacyjne Marsa i jego bliskość do pasa asteroid, co oznaczało, że w Czerwoną Planetę uderzy więcej meteorytów. Z drugiej strony regularne burze piaskowe tworzą kratery, które są słabiej zachowane niż te na Księżycu i dlatego nie można ich łatwo wykryć za pomocą obrazów orbitalnych. Kiedy meteoryt uderza w planetę, fale sejsmiczne powstałe w wyniku uderzenia przemieszczają się przez skorupę i płaszcz i mogą być wychwytywane przez sejsmometry.

„Oszacowaliśmy średnicę kraterów na podstawie wielkości i odległości wszystkich trzęsień ziemi, które miały miejsce na Marsie, a następnie wykorzystaliśmy te dane do obliczenia liczby kraterów, które utworzyły się wokół lądownika InSight w ciągu roku” – wyjaśnia Voysica ekstrapolował te dane, aby oszacować liczbę uderzeń, które mają miejsce rocznie na powierzchni Marsa.”

„Chociaż nowe kratery najlepiej widać na płaskim, zakurzonym terenie, gdzie są wyraźnie widoczne, tego typu tereny zajmują mniej niż połowę powierzchni Marsa” – dodaje Zenhausern, jednak czuły sejsmograf InSight słyszy każde uderzenie, które powoduje osiadanie . „Pojazd.”

Wgląd w erę marsjańską i przyszłe misje

Podobnie jak w przypadku linii i zmarszczek na naszej twarzy, rozmiar i gęstość kraterów powstałych po uderzeniach meteorytów ujawnia wskazówki dotyczące wieku różnych obszarów ciała planetarnego. Im mniejsza liczba kraterów, tym młodszy jest obszar planety. Na przykład na Wenus prawie nie ma widocznych kraterów, ponieważ jej powierzchnia jest stale przekształcana przez aktywność wulkaniczną, podczas gdy Merkury i Księżyc ze swoimi starożytnymi powierzchniami są pełne kraterów. Mars plasuje się pomiędzy tymi dwoma przykładami, ponieważ istnieją pewne stare i młode regiony, które można rozróżnić na podstawie liczby kraterów.

Nowe dane pokazują, że krater o średnicy 8 metrów (26 stóp) pojawia się gdzieś na Marsie niemal codziennie, a krater o średnicy 30 metrów (98 stóp) pojawia się mniej więcej raz w miesiącu. Ponieważ ultraszybkie uderzenia powodują powstawanie stref wybuchów, które z łatwością mają średnicę 100 razy większą niż krater, znajomość dokładnej liczby uderzeń jest ważna dla bezpieczeństwa misji robotycznych, a także przyszłych misji załogowych na Czerwoną Planetę.

„To pierwszy tego rodzaju artykuł, w którym na podstawie danych sejsmicznych określa się ilościowo, ile razy meteoryty zderzają się z powierzchnią Marsa, co jest pierwszym celem misji” – mówi Domenico Giardini, profesor sejsmologii i geodynamiki w Szwajcarskim Federalnym Instytucie Technologii w Zurychu i współgłówny badacz misji Mars InSight NASA. „Takie dane wpływają na planowanie przyszłych misji na Marsa”.

Zdaniem Zenhäuserna i Wójcickiej kolejnym krokiem w rozwoju tych badań będzie wykorzystanie technik uczenia maszynowego, które pomogą badaczom zidentyfikować więcej kraterów na zdjęciach satelitarnych i zidentyfikować zdarzenia sejsmiczne w danych.