Землетрясения на Марсе выявили новые особенности строения планеты

Три года назад марсианская пыль окутала солнечные панели посадочного модуля NASA InSight, что помешало дальнейшей работе и привело к его списанию. Однако данные миссии продолжают раскрывать информацию о Красной планете, в частности, о том, чем она похожа на нашу и чем отличается от неё.

В совокупности эти исследования дают ключ к пониманию истории Марса, включая информацию о том, какие мощные столкновения он пережил в прошлом и как он утратил своё магнитное поле. Эти знания могут помочь учёным лучше понять другие каменистые миры и определить условия, необходимые для жизни в других частях галактики.

«Существуют связи с нашей собственной планетой, с тем, как планеты формируются в целом, и с тем, как мы понимаем различные планеты за пределами нашей Солнечной системы», — сказала Ингрид Добар, планетолог из Университета Брауна и бывший член научной группы InSight, которая не принимала участия ни в одном из исследований.

Раннюю геологическую историю Земли сложно расшифровать, поскольку земная кора постоянно меняется, что обусловлено активными тектоническими плитами, которые непрерывно перерабатывают материал между поверхностью и нижележащими слоями. Марс же отличается. Его кора представляет собой единую, неподвижную оболочку, защищающую недра, которые практически застыли с момента своего образования.

Прослушивание толчков землетрясений, проходящих по Марсу, — важнейший метод картирования его недр. Сейсмометр, установленный на планете посадочным модулем InSight, запущенным в 2018 году Лабораторией реактивного движения НАСА, зафиксировал более 1300 землетрясений за время миссии.

Посадочный модуль Insight на поверхности Марса, покрытой серо-красной пылью.

Диаграмма, сравнивающая внутренние ядра Марса и Земли.

Учёные проанализировали восемь марсотрясений, которые вызвали сейсмические волны в недрах планеты на разных частотах. Они обнаружили, что волны с высокими частотами достигали сейсмометра с задержкой, иногда на десятки секунд, по сравнению с волнами с более низкими частотами.

Моделирование показало, что волны рассеиваются и замедляются кусками материала, отличающимися от остальной части мантии, «словно эхолокация, проходящая сквозь поле подводных валунов», — сказал Константинос Хараламбус, планетолог из Имперского колледжа Лондона, возглавлявший исследование. Волны с более высокими частотами имеют меньшую длину, что делает их более восприимчивыми к отражению от более мелких обломков, пояснил он.

Обломки простираются на глубину до 1370 километров под поверхностью Марса, а некоторые фрагменты достигают ширины более 3 километров. Разброс обломков свидетельствует о том, что причиной их появления была исключительно мощная энергия.

«Удар вполне соответствует описанию», — сказал Томас Пайк, инженер из Имперского колледжа Лондона, добавив, что причиной могла быть и серия мощных ударов. В результате этих столкновений обломки астероида или другого снаряда могли попасть в недра. Тот факт, что этот материал сохранился на протяжении миллиардов лет, говорит о том, что мантия толстая и малоподвижная, что препятствует полному выветриванию обломков, сказал доктор Пайк.

Напротив, исследователи, изучающие природу ядра Марса, изучали сейсмические волны низких частот. Используя данные более 20 марсотрясений, они обнаружили, что волны, проходящие через самую глубокую часть ядра, достигали сейсмометра на 200 секунд раньше, чем это произошло бы, если бы центр планеты был полностью жидким.

Результаты исследования свидетельствуют о том, что ядро ​​имеет внешний жидкий слой, окружающий твердый внутренний слой, заявил сейсмолог из Китайского университета науки и технологий Даоюань Сунь. По его словам, толчки от землетрясений быстрее распространялись по твердому ядру, радиус которого составляет около 600 километров.

Ядро Земли также твёрдое внутри и жидкое снаружи. Но мантия постоянно циркулирует, вытягивая тепло из центра планеты и вызывая вспенивание жидкого внешнего ядра. Это подпитывает магнитное поле вокруг Земли, которое защищает нас от вредного солнечного излучения и создаёт полярные сияния — красочные представления танцующих огней.

Хотя ядро ​​Марса имеет схожую структуру, у него отсутствует магнитное поле. Дуглас Хемингуэй, планетолог из Техасского университета в Остине, принимавший участие в исследовании, отметил, что это может быть отчасти связано с инертностью мантии, из-за которой она неэффективно отводит тепло от ядра.

На сегодняшний день Марс — единственная планета Солнечной системы, помимо Земли, изученная с помощью сейсмологии. Предстоящая миссия НАСА под названием Farside Seismic Suite , запуск которой запланирован на 2027 год, будет направлена ​​на исследование недр Луны с использованием той же технологии. В 2028 году космическое агентство также запустит Dragonfly — беспилотный аппарат, оснащенный сейсмометром, — для исследования ледяного покрова Титана, крупнейшего спутника Сатурна.

Знания, полученные в ходе исследований других каменистых планет, в конечном итоге дадут ученым возможность узнать что-то новое о нашей планете.

«Невозможно понять Землю, не изучая её в контексте её сходства с другими телами и различий с ними», — сказал доктор Хемингуэй. «Нам необходимо изучать множество различных видов».