Misja, która odkrywa niesamowite sekrety z wnętrza Czerwonej Planety – nowe badania

Być może chodziliśmy po Księżycu i wysyłaliśmy sondy przez Układ Słoneczny, ale niewiele wiemy o tym, co dzieje się wewnątrz innych planet. Teraz po raz pierwszy mogliśmy zobaczyć wnętrze jednego z nich, dzięki sondy Mars InSight NASA. sonda, która wylądował w 2018 r., wyposażony w statek desantowy zasilany energią słoneczną, pełen sprzętu, w tym sejsmometr (bardzo czuły detektor drgań).

konsekwencje, Opublikowano w trzech opracowaniach w Science فيفي, kilka nieoczekiwanych odkryć dotyczących wnętrza Marsa, w tym bardzo dużego jądra.

Chociaż Mars nie ma płyt tektonicznych, Odkryto pierwsze „bagna” W ciągu kilku miesięcy od wylądowania sondy. Może to wynikać z wibracji spowodowanych przez meteoryty uderzające w powierzchnię lub procesów zachodzących na planecie.

Trzęsienia ziemi są trudne do wykrycia na Marsie, po części dlatego, że sejsmometr podlega ekstremalnym marsjańskim warunkom pogodowym, a sezonowo zmieniające się pory wiatru przesłaniają dane. Wszystkie sygnały wykorzystywane do badania wnętrza Marsa pochodzą ze stosunkowo niewielkich trzęsień ziemi, najlepszych spośród Do tej pory odkryto setki.

Planety rosną poprzez akrecję materiału (akumulację) we wczesnym okresie życia Układu Słonecznego. Jednak jego wewnętrzne składniki nie są jednorodną mieszaniną tych pierwiastków – one również ulegają różnicowaniu, niektóre lekkie metale „pływają” w kierunku powierzchni, podczas gdy cięższe składniki, takie jak żelazo, opadają w kierunku centrum planety. Spodziewamy się, że planety skaliste, takie jak Mars, będą miały rdzeń bogaty w żelazo, po którym nastąpi rdzeń krzemian Warstwa nazywa się płaszczem, a zewnętrzna skóra jest znana jako kora. Do tej pory nie było wiadomo, jaka część każdej z tych warstw zajmuje planetę Mars.

metalowe serce

Nie da się uzyskać próbki jądra Marsa. Zamiast tego, aby oszacować ich wielkość, użyliśmy fal sejsmicznych (tworzonych przez bagna). Na Ziemi promień jądra został po raz pierwszy oszacowany poprzez znalezienie jego „cienia” – obszaru, w którym jądro zakłóca nadejście fal sejsmicznych z odległych trzęsień ziemi. nasze badanie Musiał polegać na specyficznym rodzaju wolno poruszających się na boki falach S, które byłyby odbijane z powrotem na powierzchnię przez granicę między jądrem a płaszczem.

Ostrożne manipulacje sejsmiczne przeprowadzone przez sejsmologów z całego świata ujawniły sygnały z sześciu bagien stosunkowo blisko sondy. W połączeniu z informacjami z fizyki minerałów i fal sejsmicznych przechodzących przez płaszcz byliśmy w stanie oszacować rozmiar i gęstość jądra Marsa. Wskazuje to, że promień wynosi 1830 kilometrów (mniej więcej 40 kilometrów) – nieco powyżej promienia planety, który jest większy niż myśleliśmy.

Większy niż oczekiwany rdzeń wymaga zmieszania z żelazem stosunkowo dużej części lżejszych pierwiastków. Dzięki naszej pracy wiemy teraz, że jądro Marsa musi mieć wysoką zawartość siarki i innych lekkich pierwiastków. Eksperymenty pokazują, że ciekłe związki żelaza zawierające tak dużo siarki prawdopodobnie nie zestalą się przy ciśnieniach i temperaturach, jakich oczekujemy w centrum Marsa, więc jest mało prawdopodobne, aby miały one stałe jądro wewnętrzne, takie jak Ziemia. To może pomóc nam zrozumieć, dlaczego na Marsie nie ma dziś pola magnetycznego obejmującego całą planetę, w przeciwieństwie do Ziemi.

Warstwy i warstwy

Skorupa planety składa się z maleńkiego ułamka jej masy. Jednak chemiczne i termiczne interakcje marsjańskiej skorupy z atmosferą, a także z wodą lub lodem, pomagają stworzyć warunki, które determinują, czy może tam istnieć życie.

w Nowe drugie badanieInny zespół zbadał fale sejsmiczne, które przekształciły się z fal P, które są szybkimi falami kompresji, w fale S (lub odwrotnie), gdy napotkali różne materiały skalne, a także ocenił wibracje tła i grawitacyjne, aby zbadać skorupę marsjańską. Wskazuje to, że możliwa średnia grubość skorupy Marsa waha się od 24 km do 72 km. Oznacza to, że możemy wykluczyć wcześniejsze szacunki do około 100 kilometrów.

Od ponad 100 lat sejsmologii na Ziemi wiemy, że płaszcz znajduje się pod cieńszą skorupą, ale sam płaszcz nie jest jednolity aż do jądra. Górny płaszcz i skorupa, znane razem jako litosfera, są stałe, podczas gdy dolny płaszcz jest ciałem stałym, które może płynąć. Na Ziemi płyty litosfery poruszają się w ramach tektoniki płyt, ale na Marsie nie jest jasne, jaką rolę odgrywa litosfera.

Do pobierania próbek na różne głębokości płaszcza możemy wykorzystać zarówno bezpośrednie, jak i odbite fale sejsmiczne. Fale bezpośrednie P lub S zapadają się głęboko w płaszcz, a następnie wracają na powierzchnię. Głębokość, na jaką pokonują, zależy od budowy planety i odległości od trzęsienia ziemi do sejsmometru. Odbite fale powracają na powierzchnię i ponownie opadają dwa lub trzy razy. Trzecie badanie Zidentyfikowała osiem trzęsień ziemi o niskiej częstotliwości, które wytworzyły fale bezpośrednie i odbite, i wykorzystała je do stworzenia i przetestowania różnych modeli skorupy i płaszcza Marsa.

Porównując dane i modele, odkryli, że litosfera Marsa ma długość od 400 km do 600 km. Jest to znacznie grubsze niż jakakolwiek stała warstwa widziana na Ziemi i oznacza, że ​​skorupa Marsa ma wyższą koncentrację pierwiastków radioaktywnych wytwarzających ciepło, niż wcześniej sądzono.

Teraz wiemy więcej o składnikach użytych do budowy Marsa io tym, że ma on bardzo gęstą skalistą atmosferę, która pozwala naszej młodszej planecie zachować wewnętrzne ciepło. Chociaż przyszli astronauci nie będą musieli martwić się niewielkimi trzęsieniami ziemi, których używaliśmy do badania Czerwonej Planety, brak pola magnetycznego generowanego przez bogate w siarkę jądro oznacza, że ​​oni i ich sprzęt będą musieli zachować szczególną ostrożność w ekstremalnych warunkach. wiatr słoneczny.

Nasze nowe zrozumienie wnętrza Marsa jest częścią nowej ery sejsmologii planetarnej, ponad pięćdziesiąt lat temu. Misje Apollo Sejsmometry wylądowały na Księżycu. Nowe sejsmometry zostaną rozmieszczone na Księżycu w ramach Misja Artemidy, podczas ważka Misja umieści sejsmometr na księżycu Saturna, Tytanie, w połowie lat 30. XX w. Eksperymenty te pomogą nam lepiej zrozumieć, jak formują się i ewoluują planety – widzenie w głąb Marsa to tylko jeden element układanki wielkości Układu Słonecznego.