Марс имеет большое жидкое ядро — раскрыта внутренняя структура Красной планеты

26 / 7 / 2021 07:17, автор: Анатолій Колесник
Марс имеет большое жидкое ядро — раскрыта внутренняя структура Красной планеты - фото
Внутренняя структура Марса в представлении художника, © IPGP / David Ducros

Используя информацию, полученную от около десятка землетрясений, обнаруженных на Марсе сейсмометром очень широкого диапазона SEIS, международная группа миссии НАСА InSight раскрыла внутреннюю структуру Марса.

Об этом рассказывают в Институте физики Глоб де Пари (IPGP).

Три статьи, опубликованные 23 июля 2021 года в журнале Science, с участием многочисленных соавторов из французских учреждений и лабораторий, включая французский Центр научных исследований (CNRS), IPGP и Парижский университет, и при поддержке, в частности, Национального центра космических исследований Франции (CNES) и французского Национального исследовательского агентства (ANR) впервые дали оценку размеров ядра планеты, толщины ее коры и структуры мантии на основе анализа сейсмических волн, которые были отражены и изменены интерфейсами в ее недрах. Таким образом, это первое в истории сейсмическое исследование внутренней структуры планеты земной группы, отличной от Земли, и является важным шагом к пониманию формирования и тепловой эволюции Марса.

До миссии НАСА InSight внутренняя структура Марса была еще плохо изучена. Модели основывались только на данных, собранных орбитальными спутниками, и на анализе марсианских метеоритов, упавших на Землю. На основании только гравитационных и топографических данных толщина коры оценивалась от 30 до 100 км. Значение момента инерции и плотности планеты предусматривали ядро радиусом от 1400 до 2000 км. Однако, подробное внутреннее строение Марса и глубина границ между корой, мантией и ядром были абсолютно неизвестными.

После успешного развертывания эксперимента SEIS на поверхности Марса в начале 2019 года, ученые миссии, включая 18 французских соавторов, работающих в широком кругу французских учреждений и лабораторий, вместе со своими коллегами из Швейцарской высшей школы в Цюрихе, Кельнского университета и Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене (США) собирали и анализировали сейсмические данные в течение одного марсианского года (почти двух земных лет).

Следует отметить, что для одновременного определения структурной модели, времени (прибытия) землетрясения и его расстояния обычно требуется больше одной станции. Однако на Марсе ученые имеют только одну станцию InSight. Поэтому нужно было искать в сейсмических записях характерные особенности волн, различным образом взаимодействовали бы с внутренними структурами Марса, и выявлять и подтверждать их. Эти новые измерения в сочетании с минералогическим и тепловым моделированием внутренней структуры планеты позволили преодолеть ограничения, наложенные наличием одной станции. Этот метод открывает новую эру для планетарной сейсмологии.

Одна станция, множественные находки

Еще одна сложность с Марсом — низкая сейсмичность и сейсмический шум, создаваемый его атмосферой. На Земле землетрясения намного сильнее, а сейсмометры эффективнее располагаются в хранилищах или под землей, что позволяет получить четкое изображение внутренней части планеты. В связи с этим, особое внимание нужно было уделять данным. "Но, хотя марсианские землетрясения имеют относительно низкую силу, менее 3,5, очень высокая чувствительность датчика VBB в сочетании с очень низким уровнем шумов в ночное время позволили нам сделать открытия, которые два года назад мы считали возможными лишь при землетрясениях с магнитудой более 4", - объясняет Филипп Лоньонне, профессор Парижского университета и главный исследователь инструмента SEIS в IPGP.

Ежедневно данные, обрабатываемые CNES, IPGP и CNRS и передаваемые ученым, тщательно очищались от окружающего шума (ветра и деформаций, связанных с быстрыми перепадами температур). Международная команда Службы землетрясений Марса (MQS) ежедневно регистрировала сейсмические события: сейчас каталогизированы более 600, из которых более 60 вызваны относительно удаленными землетрясениями.

Около десяти последних содержат информацию о глубинном строении планеты: "Прямые сейсмические волны от землетрясения немного напоминают звук наших голосов в горах: они производят эхо. И именно эти эхо, отраженные от ядра, или границы коры-мантии или даже поверхности Марса, мы искали в сигналах, благодаря их схожести с прямыми волнами", - объясняет Лоньонне.

Новости по подобной теме:

Измененная кора, раскрытая мантия и большое жидкое ядро

Сравнивая поведение сейсмических волн во время их путешествия сквозь кору до достижения станции InSight, было обнаружено несколько разрывов в коре. Первый, который наблюдался на глубине около 10 км, обозначает границу между сильно измененной структурой, возникшей в результате циркуляции жидкости очень давно, и корой, которая лишь незначительно изменена. Второй разрыв на глубине около 20 км и третий, менее выраженный, на глубине около 35 км, проливают свет на стратификацию коры под InSight: "Чтобы определить эти разрывы мы использовали все новейшие аналитические методы, как с землетрясениями тектонического происхождения, так и с вибрациями, вызванными окружающей средой (сейсмический шум)", - говорит Бенуа Таузин, старший преподаватель Лионского университета и исследователь Лионской геологической лаборатории - Земля, планеты, окружающая среда (LGL-TPE).

В мантии ученые проанализировали разницу между временем прохождения волн, возникающих непосредственно во время землетрясения, и временем волн, которые образуются при отражении этих прямых волн от поверхности. Эти различия позволили, используя только одну станцию, определить структуру верхней мантии, и в частности вариацию сейсмических скоростей с глубиной. Однако такие вариации скорости связаны с температурой. "Это означает, что мы можем оценить тепловой поток Марса, который, вероятно, в три-пять раз ниже земного, и наложить ограничения на состав марсианской коры, которая, как считается, содержит более половины теплопроводных радиоактивных элементов, которые присутствуют у планеты", - добавляет Анри Самуэль, исследователь CNRS в IPGP.

Наконец, в третьем исследовании ученые искали волны, отраженные от поверхности марсианского ядра, измерения радиуса которого было одним из главных достижений миссии InSight. "Для этого, - объясняет Мелани Дрилло, инженер-исследователь Высшего института аэронавтики и космоса, Франция (ISAE-SUPAERO) - мы протестировали несколько тысяч моделей мантии и ядра на соответствием наблюдаемым фазам и сигналам". Несмотря на низкие амплитуды сигналов, связанных с отраженными волнами (известными как волны ScS), в моделях наблюдался избыток энергии для ядер радиусом от 1790 км до 1870 км. Такой большой размер предполагает наличие легких элементов в жидком ядре и имеет значительные последствия для минералогии мантии на границе мантия/ядро.

Цели достигнуты, возникают новые вопросы

Более двух лет сейсмического мониторинга привели к созданию самой первой модели внутренней структуры Марса, до самого ядра. Таким образом, Марс присоединяется к Земле и Луне в клубе для избранных с планетами земной группы и спутниками, глубинные структуры которых исследованы сейсмологами. И, как это часто случается при исследовании планет, возникают новые вопросы: является ли изменение верхних 10 км коры общим, или ограничивается зоной посадки InSight? Какое влияние окажут эти первые модели на теории формирования и тепловой эволюции Марса, в частности, в течение первых 500 млн лет, когда на поверхности Марса была жидкая вода и интенсивная вулканическая активность?

С двухлетним продолжением миссии InSight и дополнительной электроэнергией, полученной после успешной очистки солнечных панелей, проведенного Лабораторией реактивного движения, новые данные должны консолидировать и усовершенствовать эти модели.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

Теги:

Комментарии:

 

Последние новости:

сегодня:

все новости


 
ПОПУЛЯРНЫЕ НОВОСТИ:
27 сентября - 2 октября в Киеве проходят продуктовые ярмарки

09:24, 27 сентября 2022 г.
27 сентября - 2 октября в Киеве проходят продуктовые ярмарки
 
Война в Украине. Ситуация на утро 25 сентября

07:06, 25 сентября 2022 г.
Война в Украине. Ситуация на утро 25 сентября
 
Война в Украине: ситуация на утро 26 сентября

07:55, 26 сентября 2022 г.
Война в Украине: ситуация на утро 26 сентября
 
Война в Украине. Ситуация на утро 29 сентября

07:10, 29 сентября 2022 г.
Война в Украине. Ситуация на утро 29 сентября
 
Война в Украине. Оперативная информация на утро 28 сентября

07:18, 28 сентября 2022 г.
Война в Украине. Оперативная информация на утро 28 сентября
 
 
ПОХОЖИЕ НОВОСТИ:
Новые данные о ранней атмосфере Марса свидетельствуют о влажно...

06:02, 22 сентября 2022 г.
Новые данные о ранней атмосфере Марса свидетельствуют о влажно...
 
На Марсе обнаружена “сокровищница” органических веществ

22:31, 18 сентября 2022 г.
На Марсе обнаружена “сокровищница” органических веществ
 
На Марсе обнаружены причудливые шипы, торчащие из поверхности

08:50, 9 июня 2022 г.
На Марсе обнаружены причудливые шипы, торчащие из поверхности
 
Разгадка тайны скрывающегося на Марсе инея

10:06, 6 мая 2022 г.
Разгадка тайны скрывающегося на Марсе инея
 
Ледовые насыпи в кратерах дают новое представление о прошлом к...

23:02, 29 марта 2022 г.
Ледовые насыпи в кратерах дают новое представление о прошлом к...
 
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