27 апр 2023 4 460

Железное ядро Марса: не такое, каким мы его знали — новые данные удивили ученых

Измерения сейсмоакустической энергии проведенные Бристольским университетом показывают, что жидкое ядро красной планеты немного плотнее и меньше, чем считалось ранее, и состоит из смеси железа и множества других элементов.

Результаты тем более примечательны, что исследовательская миссия изначально планировалась продлиться чуть более одного марсианского года (два земных года). Несмотря на то, что марсианские штормы ускорили накопление пыли и снизили мощность марсианского посадочного модуля InSight, NASA продлило срок его пребывания, поэтому геофизические данные, включая сигналы марсотрясений, продолжали собирать до конца прошлого года.

Мы сделали первые наблюдения сейсмических волн, проходящих через ядро Марса. Два сейсмических сигнала, один от очень далекого марсотрясения и один от падения метеорита на обратной стороне планеты, позволили исследовать марсианское ядро с помощью сейсмических волн. Измерения упругих свойств ядра Марса помогли нам исследовать его состав. Вместо того чтобы быть просто железным шаром, оно содержит большое количество серы, а также другие элементы, включая водород

— ведущий автор исследования доктор Джессика Ирвинг, старший преподаватель наук о Земле в Бристольском университете.

Команда исследователей использовала данные посадочного модуля NASA InSight, роботизированного космического корабля, предназначенного для исследования внутренней части Марса, чтобы сравнить сейсмические волны, проходящие через ядро планеты, с теми, которые проходят через более мелкие области Марса, и так смоделировала свойства его внутренней части.

В 2018 году посадочный модуль InSight развернул широкополосный сейсмометр на поверхности Марса, что позволило обнаруживать сейсмические события, включая марсотрясения и удары метеоритов. Многопрофильная группа ученых, включая сейсмологов, геодинамиков и физиков минералов, использовала наблюдения двух сейсмических событий, расположенных в противоположном полушарии от сейсмометра, для измерения времени движения сейсмических волн, прошедших через ядро, относительно сейсмических волн, оставшихся в мантии.

Так называемые «дальние» события, то есть те, которые находятся на противоположной стороне планеты от InSight, по своей сути труднее обнаружить, потому что большое количество энергии теряется или отклоняется, когда волны проходят через планету. Нам нужны были и удача, и умение, чтобы зафиксировать, а затем использовать эти события. Мы не обнаружили никаких дальних событий в первый марсианский год работы. Если бы миссия закончилась тогда, это исследование не могло бы состояться.

Марсотрясение 976 года было самым отдаленным событием, обнаруженным во время миссии. Второе дальнее событие, S1000a — первое событие, обнаруженное на 1-й день операций — было особенно полезным, потому что это был удар метеорита, который мы слышали по всей планете, поэтому мы знали, откуда исходят сейсмические сигналы. Эти события произошли после того, как Служба марсотрясений (MQS) отточила свои навыки на сотнях дней марсианских данных; затем потребовалось много сейсмологического опыта со всей команды Insight, чтобы выделить сигналы из сложных сейсмограмм, записанных посадочным модулем

— Джессика Ирвинг.

Авторы исследования использовали измерения для построения моделей, описывающих физические свойства ядра, включая его размер и скорость упругой волны. Результаты показали, что ядро Марса немного плотнее и меньше, чем считалось ранее, с радиусом примерно 1,780-1,810 км. Эти результаты согласуются с тем, что ядро имеет относительно высокую долю легких элементов, легированных железом, включая обильную серу и меньшее количество кислорода, углерода и водорода.

Обнаружение и понимание волн, которые проходят через самое ядро другой планеты, невероятно сложно. Нам пришлось использовать не только сложные методы сейсмического анализа, но и знания о том, как высокое давление и температура влияют на свойства металлических сплавов. Новые результаты важны для понимания того, как формирование и эволюция Марса отличаются от земных. Новые теории об условиях формирования и строительных блоках Красной планеты должны быть в состоянии соответствовать физическим свойствам ядра, как показано в новом исследовании

— Вед Лекич, адъюнкт-профессор геологии в Университете Мэриленда.