Кора как тяжёлая броня: новое исследование раскрыло строение Марса

Марс поразительно дихотомичен, то есть раздвоен, почти как символ инь и ян: низменности синего цвета (для наглядности на иллюстрации) преобладают в северном полушарии, в то время как на юге есть возвышающиеся равнины.


За последний год крупное землетрясение на Марсе позволило исследователям из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) определить толщину и плотность марсианской коры. Выяснилось, что марсианская значительно толще по сравнению с земной или лунной, а основным источником тепла на планете оказалась радиоактивность.

Служба Marsquake («Марсотрясение») в ETH Zurich обнаружила самое сильное землетрясение, когда-либо зафиксированное вне земли, в мае 2022 года. Магнитуда составила приблизительно 4,6 балла. Дрожь коры зафиксировали на поверхности Марса сейсмометром, установленным в ходе миссии NASA Mars InSight. Название проекта NASA «Mars InSight» — это игра слов, которую можно перевести и как «Понимание Марса», и как «Марс в поле зрения».


— Доен Ким, сейсмолог из Института геофизики ETH Zurich.

После более чем трёхлетнего ежедневного мониторинга с сейсмометром исследователи были вознаграждены, получив данные о значительных толчках на Марсе. Поверхностные волны, наблюдаемые при этом, не только прошли от эпицентра до измерительной станции, они также продолжали несколько раз огибать всю планету. Полученные данные не только сообщили информацию о конкретных областях Марса, но и позволили получить глобальное представление о планете.

Чтобы получить информацию о породе, через которую проходили волны, исследователи измерили, с какой скоростью они распространяются на разных частотах. Скорость волн дают представление о внутренней структуре Красной планеты на разных глубинах. Ранее наблюдаемые поверхностные волны от двух крупных метеоритов также позволили сделать частные выводы о тех регионах, куда распространились «отзвуки» столкновений. Теперь же, как отметил Ким, учёные смогли сделать сейсмические наблюдения в планетарном масштабе.

Объединив недавно полученные результаты с существующими данными о гравитации и топографии Марса, исследователи смогли определить толщину марсианской коры. В среднем она составляет от 42 до 56 километров. Самая тонкая, около 10 км, оказалась в ударном бассейне Исидис, а самая толстая, приблизительно 90 км, — в провинции Тарсис.

Для сравнения, согласно опять-таки сейсмическим данным, земная кора имеет среднюю толщину от 21 до 27 км. А толщина лунной коры, определённая сейсмометрами миссии «Аполлон», составляет от 34 до 43 км.

Итак, марсианская кора намного толще земной или лунной. Как правило, меньшие планетные тела в нашей Солнечной системе имеют более толстую кору, чем более крупные. Сейсмолог Доен Ким добавил, что на Земле учёным было бы трудно определить толщину коры, используя землетрясение той же силы, которое произошло на Марсе. Хотя Марс меньше Земли, он лучше переносит сейсмическую энергию.

Один из наиболее важных результатов исследования касается разницы между северным и южным полушариями Марса. Этот контраст наблюдался с тех пор, как появились телескопы. Он особенно заметен на снимках со спутников Марса. Северное полушарие Красной планеты состоит из плоских низменностей, в то время как на юге есть высокие плато. Разделение между северными низменностями и южными нагорьями и называется упомянутой выше марсианской дихотомией.



Что именно удалось доказать исследователям? Основываясь на сейсмических наблюдениях и гравитационных данных, они показали, что плотность коры в северных низменностях и южном нагорье схожа. В отличие от этого кора в южном полушарии простирается на большую глубину, чем в северном полушарии. Открытие позволяет положить конец давней научной дискуссии о происхождении и структуре марсианской коры, пояснил Ким. В конце концов, анализ падения метеорита на Марс в прошлом году уже предоставил доказательства того, что кора на севере и юге состоят из одного и того же материала.

Исходя из толщины марсианской коры, также можно сделать дальнейшие выводы. Исследователи показали, как планета вырабатывает тепло, и объяснили термическую историю Марса. Поскольку у планеты одна тектоническая плита, основной источник тепла в недрах Марса сегодня — результат распада радиоактивных элементов, таких как торий, уран и калий. Исследование показало, что от 50% до 70% этих тепловыделяющих элементов — в марсианской коре. Столь высокое их содержание может объяснить, почему под поверхностью существуют локальные области, где процессы плавления пород, возможно, всё ещё происходят и поныне.