Analiza fal sejsmicznych zarejestrowanych na Marsie przez misję InSight dostarczyła nowych informacji na temat wnętrza planety. Naukowcom udało się ustalić grubość i skład skorupy, płaszcza i jądra Czerwonej Planety.
Zanim misja InSight wylądowała na Marsie w 2018 roku, łaziki i orbitery badające Czerwoną Planetę koncentrowały się wyłącznie na jej powierzchni. Przede wszystkim z powodu braku odpowiednich instrumentów naukowych. Zmienił to sejsmometr SEIS (Seisic Experiment for Interior Structure) misji InSight. Dzięki niemu naukowcy poznali szczegóły dotyczące wnętrza Czerwonej Planety.
Na łamach pisma „Science” ukazały się trzy artykuły naukowe oparto o dane z SEIS (DOI: 10.1126/science.abf8966, DOI: 10.1126/science.abf2966, DOI: 10.1126/science.abi7730). Uczeni podają w nich oszacowanie wielkości jądra planety, grubości jej skorupy i struktury jej płaszcza. To pierwsza w historii sejsmiczna eksploracja wewnętrznej struktury skalistej planety innej niż Ziemia i ważny krok w kierunku zrozumienia formowania się i ewolucji Marsa.
- Kiedy po raz pierwszy zaczęliśmy układać koncepcję misji ponad dziesięć lat temu, w dokumentacji zawarliśmy informacje, które mieliśmy nadzieję uzyskać – powiedział główny badacz misji InSight Bruce Banerdt z NASA Jet Propulsion Laboratory. - To kulminacja całej dekady pracy – dodał.
Misja InSight została wyposażona w specjalne „ucho”. To niezwykle czuły sejsmometr SEIS, który potrafi wychwycić najbardziej subtelne wibracje. Instrument dostarczył francuski Państwowy Ośrodek Badań Kosmicznych (Centre National d’Études Spatiales, CNES) i dzięki niemu uczeni chcieli zbadać, w jaki sposób fale sejsmiczne przemieszczają się przez wnętrze planety, co pomogłoby odpowiedzieć na pytania dotyczące wewnętrznej struktury Marsa.
SEIS zarejestrował 733 wyraźne wstrząsy Marsa o magnitudzie między 3.0 a 4.0. Trzeba zaznaczyć, że ultraczuły sejsmometr pozwala naukowcom „usłyszeć” zdarzenia sejsmiczne z odległości setek, a nawet tysięcy kilometrów.
Fale sejsmiczne mają różną prędkość i kształt podczas przechodzenia przez różne materiały wewnątrz planety. To umożliwiło naukowcom badania wewnętrznej struktury Marsa. Z kolei to, czego uczeni dowiedzieli się o Marsie, może pomóc w lepszym zrozumieniu powstawania wszystkich planet skalistych – w tym Ziemi.
Podobnie jak Ziemia, Mars osiągnął wysoką temperaturę, gdy formował się z pyłu i większych skupisk materii krążącej wokół Słońca. W ciągu pierwszych dziesiątek milionów lat planeta podzieliła się na trzy odrębne warstwy – skorupę, płaszcz i jądro. Częścią misji InSight było zmierzenie głębokości, rozmiaru i struktury tych trzech warstw, a każdy z artykułów w „Science” skupił się na innej warstwie.
Naukowcy odkryli, że skorupa jest cieńsza niż oczekiwano i może mieć dwie lub nawet trzy podwarstwy. Jej grubość sięga 20 kilometrów, jeśli są dwie podwarstwy, lub 37 kilometrów, jeśli są trzy. Pod nią znajduje się płaszcz, który rozciąga się na 1560 kilometrów pod powierzchnią. W sercu Marsa znajduje się jądro, które ma promień 1830 kilometrów.
Ustalenie rozmiaru płynnego jądra było szczególnie ekscytujące dla zespołu. - Zmierzenie jądra Ziemi zajęło naukowcom setki lat. Zmierzenie jądra Księżyca, po misjach Apollo, zajęło 40 lat. Zmierzenie jądra Marsa zajęło misji InSight zaledwie dwa lata - powiedział Simon Stähler z Politechniki Federalnej w Zurychu, główny autor jednego z artykułów opublikowanych w „Science”.
Wstrząsy sejsmiczne na naszej planecie wynikają z rozładowania naprężeń spowodowanych przesuwaniem się płyt tektonicznych. W przeciwieństwie do Ziemi Mars nie ma płyt tektonicznych. Ale Czerwona Planeta kurczy się w miarę jej stopniowego ochładzania. To powoduje powstawanie pęknięć i uskoków w marsjańskiej skorupie. Stąd trzęsienia na Marsie.
Naukowcy analizujące dane z SEIS większość czasu spędzili na poszukiwaniu na sejsmogramach wyraźnych drgań. Początkowe drgania są falami pierwotnymi, po których następują fale wtórne. Fale te mogą również pojawić się ponownie po odbiciu się od warstw wewnątrz planety.
- To, czego szukamy, to echo – powiedział Amir Khan z Politechniki Federalnej w Zurychu. - Wykrywamy bezpośrednie drgania, czyli trzęsienie, a następnie nasłuchujemy echa głęboko pod powierzchnią – dodał. Takie echa mogą pomóc naukowcom znaleźć zmiany w strukturze danej warstw, jak zmiana porowatości lub pęknięcia.
Jedną z niespodzianek jest to, że wszystkie najsilniejsze wstrząsy zarejestrowane przez misję InSight wydają się pochodzić z jednego obszaru - Cerberus Fossae. Prawdopodobnie ten region był aktywny wulkanicznie w ciągu ostatnich kilku milionów lat. Co ciekawe, nie wykryto żadnych wstrząsów z bardziej znanych regionów wulkanicznych, takich jak Tharsis, gdzie znajdują się trzy największe wulkany na Marsie.
Ale te wyniki to dopiero początek. Naukowcy mają teraz twarde dane, aby udoskonalić swoje modele Marsa i jego formowania się, a SEIS codziennie wykrywa nowe trzęsienia. Naukowcy mają nadzieję, że wykryją trzęsienie większe niż 4.0. Jednak pozostało im niewiele czasu. Poziom energii lądownika InSight jest na wyczerpaniu.
Źródło: NASA, fot. IPGP / David Ducros
