Марс має велике рідке ядро — розкрито внутрішню структуру Червоної планети

26 / 7 / 2021 07:17, автор: Анатолій Колесник
Марс має велике рідке ядро — розкрито внутрішню структуру Червоної планети - фото
Внутрішня структура Марса в уявленні художника, © IPGP / David Ducros

Використовуючи інформацію, отриману від близько десятка землетрусів, виявлених на Марсі сейсмометром дуже широкого діапазону SEIS, міжнародна група місії НАСА InSight розкрила внутрішню структуру Марса.

Про це розповідають в Інституті фізики Глоб де Парі (IPGP).

Три статті, опубліковані 23 липня 2021 року в журналі Science, за участю численних співавторів із французьких установ та лабораторій, включаючи французький Центр наукових досліджень (CNRS), IPGP та Паризький університет, та за підтримки, зокрема, Національного центру космічних досліджень Франції (CNES) та французького Національного дослідницького агентства (ANR) вперше надали оцінку розмірів ядра планети, товщини її кори та структури мантії на основі аналізу сейсмічних хвиль, які були відбиті та змінені інтерфейсами у її надрах. Таким чином, це перше в історії сейсмічне дослідження внутрішньої структури планети земної групи, відмінної від Землі, і є важливим кроком до розуміння формування та теплової еволюції Марса.

До місії НАСА InSight внутрішня структура Марса була ще погано вивчена. Моделі ґрунтувалися лише на даних, зібраних орбітальними супутниками, і на аналізі марсіанських метеоритів, які впали на Землю. На підставі лише гравітаційних та топографічних даних товщина кори оцінювалась від 30 до 100 км. Значення моменту інерції та щільності планети передбачали ядро радіусом від 1400 до 2000 км. Однак, детальна внутрішня будова Марса та глибина меж між корою, мантією та ядром були абсолютно невідомими.

Після успішного розгортання експерименту SEIS на поверхні Марса на початку 2019 року, вчені місії, включаючи 18 французьких співавторів, що працюють у широкому колі французьких установ та лабораторій, разом зі своїми колегами зі Швейцарської вищої школи Цюриху, Кельнського університету та Лабораторії реактивного руху НАСА в Пасадені (США) збирали та аналізували сейсмічні дані протягом одного марсіанського року (майже двох земних років).

Слід зазначити, що для одночасного визначення структурної моделі, часу (прибуття) землетрусу та його відстані зазвичай потрібно більше однієї станції. Однак на Марсі вчені мають лише одну станцію InSight. Тому потрібно було шукати в сейсмічних записах характерні особливості хвиль, які різним чином взаємодіяли з внутрішніми структурами Марса, і виявляти та підтверджувати їх. Ці нові виміри в поєднанні з мінералогічним та тепловим моделюванням внутрішньої структури планети дали змогу подолати обмеження, накладені з наявністю однієї станції. Цей метод відкриває нову еру для планетарної сейсмології.

Одна станція, множинні знахідки

Ще одна складність з Марсом — низька сейсмічність та сейсмічний шум, що створюється його атмосферою. На Землі землетруси набагато сильніші, а сейсмометри ефективніше розташовуються в сховищах або під землею, що дає можливість отримати точне зображення внутрішньої частини планети. У зв’язку із цим, особливу увагу потрібно було приділити даним. "Але, хоча марсіанські землетруси мають відносно низьку силу, менш як 3,5, дуже висока чутливість датчика VBB у поєднанні з дуже низьким рівнем шумів у нічний час дозволили нам зробити відкриття, які два роки тому ми вважали можливими лише при землетрусах з магнітудою понад 4", - пояснює Філіп Лоньонне, професор Паризького університету та головний дослідник інструменту SEIS в IPGP.

Новини за подібною темою:

Щодня дані, оброблювані CNES, IPGP та CNRS і передавані вченим, ретельно очищались від навколишнього шуму (вітру та деформацій, пов’язаних зі швидкими перепадами температур). Міжнародна команда Служби землетрусів Марса (MQS) щодня реєструвала сейсмічні події: зараз каталогізовано понад 600, з яких понад 60 спричинені відносно віддаленими землетрусами.

Близько десяти останніх містять інформацію про глибинну будову планети: "Прямі сейсмічні хвилі від землетрусу трохи нагадують звук наших голосів у горах: вони виробляють відлуння. І саме ці відлуння, відбиті від ядра, або межі кори-мантії або навіть поверхні Марса, ми шукали в сигналах, завдяки їхній схожості з прямими хвилями", - пояснює Лоньонне.

Змінена кора, розкрита мантія та велике рідке ядро

Порівнюючи поведінку сейсмічних хвиль під час їх подорожі крізь кору до досягнення станції InSight, було виявлено кілька розривів у корі. Перший, що спостерігався на глибині близько 10 км, позначає межу між сильно зміненою структурою, що виникла внаслідок циркуляції рідини дуже давно, і корою, яка лише незначно змінена. Другий розрив на глибині близько 20 км і третій, менш виражений, на глибині близько 35 км, проливають світло на стратифікацію кори під InSight: "Щоб визначити ці розриви ми використовували всі найновіші аналітичні методи, як із землетрусами тектонічного походження, так із вібраціями, спричиненими навколишнім середовищем (сейсмічний шум)", - говорить Бенуа Таузін, старший викладач Ліонського університету та дослідник Ліонської геологічної лабораторії — Земля, планети, навколишнє середовище (LGL-TPE).

У мантії вчені проаналізували різницю між часом проходження хвиль, що виникають безпосередньо під час землетрусу, та часом хвиль, що утворюються при відбитті цих прямих хвиль від поверхні. Ці відмінності дали змогу, використовуючи лише одну станцію, визначити структуру верхньої мантії, і зокрема варіацію сейсмічних швидкостей із глибиною. Однак такі варіації швидкості пов'язані з температурою. "Це означає, що ми можемо оцінити тепловий потік Марса, який, ймовірно, в три-п'ять разів нижчий за земний, і накласти обмеження на склад марсіанської кори, яка, як вважається, містить більш ніж половину теплопровідних радіоактивних елементів, що є у планети", - додає Анрі Самуель, дослідник CNRS у IPGP.

Нарешті, у третьому дослідженні вчені шукали хвилі, відбиті від поверхні марсіанського ядра, вимірювання радіуса якого було одним з головних досягнень місії InSight. "Для цього, - пояснює Мелані Дрілло, інженер-дослідник Вищого інституту аеронавтики та космосу, Франція (ISAE-SUPAERO), - ми протестували кілька тисяч моделей мантії і ядра на відповідністю спостережуваним фазам і сигналам". Попри низькі амплітуди сигналів, пов'язаних з відбитими хвилями (відомими як хвилі ScS), в моделях спостерігався надлишок енергії для ядер радіусом від 1790 км до 1870 км. Такий великий розмір передбачає наявність легких елементів у рідкому ядрі та має значні наслідки для мінералогії мантії на межі мантія/ядро.

Цілі досягнуті, виникають нові питання

Понад два роки сейсмічного моніторингу привели до створення найпершої моделі внутрішньої структури Марса, аж до самого ядра. Таким чином, Марс приєднується до Землі та Місяця у клубі для обраних з планетами земної групи та супутниками, глибинні структури яких досліджені сейсмологами. І, як це часто трапляється при дослідженні планет, виникають нові запитання: чи є зміна верхніх 10 км кори загальною, чи обмежується зоною посадки InSight? Який вплив матимуть ці перші моделі на теорії формування та теплової еволюції Марса, зокрема, протягом перших 500 мільйонів років, коли на поверхні Марса була рідка вода та інтенсивна вулканічна активність?

З дворічним продовженням місії InSight та додатковою електроенергією, отриманою після успішного очищення сонячних панелей, проведеного Лабораторією реактивного руху, нові дані повинні консолідувати та вдосконалити ці моделі.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

Теги:
Залишити свою думку:
Ваше і`мя:
Введіть число:    

Останні новини:

сьогодні:
неділя, 19 вересня:

всі новини


ПОПУЛЯРНІ НОВИНИ:
14-19 вересня в Києві проходять ярмарки. Адреси

18:37, 13 вересня 2021 р.
14-19 вересня в Києві проходять ярмарки. Адреси
 
Окрім гравітаційних хвиль, чи є ще способи виявити злиття чорн...

02:50, 13 вересня 2021 р.
Окрім гравітаційних хвиль, чи є ще способи виявити злиття чорн...
 
Повторення вибуху наднової очікується у 2037 році

08:07, 14 вересня 2021 р.
Повторення вибуху наднової очікується у 2037 році
 
Ось як це виглядає, коли чорна діра перекушує зіркою

07:27, 18 вересня 2021 р.
Ось як це виглядає, коли чорна діра перекушує зіркою
 
Астрономи розгадали таємницю наднової з 1181 року

05:45, 19 вересня 2021 р.
Астрономи розгадали таємницю наднової з 1181 року
 
СХОЖІ НОВИНИ:
На стародавньому Марсі були тисячі масивних вивержень вулканів

19:07, 16 вересня 2021 р.
На стародавньому Марсі були тисячі масивних вивержень вулканів
 
Perseverance збирає кусочки пазлу марсіанської історії

16:05, 11 вересня 2021 р.
Perseverance збирає кусочки пазлу марсіанської історії
 
Марсохід Perseverance успішно вилучив керн зі своєю першою пор...

07:23, 3 вересня 2021 р.
Марсохід Perseverance успішно вилучив керн зі своєю першою пор...
 
Пілотований політ на Марс можливий, якщо він не перевищуватиме...

20:36, 26 серпня 2021 р.
Пілотований політ на Марс можливий, якщо він не перевищуватиме...
 
Марсіанський сніг запилений й потенційно може танути, показує...

05:26, 25 серпня 2021 р.
Марсіанський сніг запилений й потенційно може танути, показує...
 
НОВИНИ ВІД ПАРТНЕРІВ:


Цей сайт та сторонні віджети на ньому використовують COOKIE, що необхідно для повноцінної роботи сайту. “Куки” – це безпечна технологія збирання аналітичної інформації про відвідувачів. Їх можна відключити у налаштуваннях Вашого браузера. Погодитися на використання Cookie