«В конечном итоге это может помочь нам понять формирование планет», – сказал Алан Левандер, соавтор исследования, опубликованного на этой неделе в журнале Geophysical Research Letters. Хотя толщина коры Марса и глубина его ядра были рассчитаны с помощью ряда моделей, Левандер сказал, что данные InSight позволили провести первые прямые измерения, которые можно использовать для проверки моделей и, в конечном итоге, для их улучшения.
«В отсутствие тектоники плит на Марсе, его ранняя история в основном сохранилась по сравнению с Землей», – сказал соавтор исследования Сичжуан Дэн, аспирант Райса. "Оценка глубины сейсмических границ Марса может дать указания для лучшего понимания его прошлого, а также формирования и эволюции планет земной группы в целом."
Поиск подсказок о внутренней части Марса и процессах, которые его сформировали, является ключевой задачей InSight, роботизированного посадочного модуля, который приземлился в ноябре 2018 года.
Куполообразный сейсмометр зонда позволяет ученым слышать слабое урчание внутри планеты, во многом так, как врач может прослушивать сердцебиение пациента с помощью стетоскопа.
Сейсмометры измеряют вибрации от сейсмических волн. Подобно круговой ряби, отмечающей место, где галька нарушила поверхность пруда, сейсмические волны текут через планеты, отмечая местоположение и размер возмущений, таких как удары метеорита или землетрясения, которые на красной планете метко называют маршками. Сейсмометр InSight зафиксировал более 170 из них с февраля по сентябрь 2019 г.
Сейсмические волны также слегка изменяются, когда проходят через различные породы. Сейсмологи изучали закономерности в сейсмографических записях на Земле более века и могут использовать их для картографирования месторождений нефти и газа и гораздо более глубоких пластов.
«Традиционный способ исследования структур под Землей – анализ сигналов землетрясений с использованием плотной сети сейсмических станций», – сказал Дэн. «Марс гораздо менее тектонически активен, а это означает, что на нем будет гораздо меньше маршевых событий по сравнению с Землей. Более того, имея только одну сейсмическую станцию на Марсе, мы не можем использовать методы, основанные на сейсмических сетях."
Левандер, профессор наук о Земле, окружающей среде и планетах Кэри Крони из Райс, и Дэн проанализировали сейсмологические данные InSight за 2019 год, используя метод, называемый автокорреляцией окружающего шума. «Он использует данные непрерывного шума, записанные единственной сейсмической станцией на Марсе, для извлечения выраженных сигналов отражения от сейсмических границ», – сказал Дэн.
Первая граница, которую измерили Дэн и Левандер, – это разрыв между корой и мантией Марса почти в 22 милях (35 км) под посадочным модулем.
Вторая – это переходная зона в мантии, где силикаты магния и железа претерпевают геохимические изменения. Выше зоны элементы образуют минерал под названием оливин, а под ним тепло и давление сжимают их в новый минерал, называемый вадслеитом. Эта зона, известная как переход оливин-вадслеит, была обнаружена в 690–727 миль (1110–1170 км) под InSight.
«Температура перехода оливин-вадслеит является важным ключом к построению тепловых моделей Марса», – сказал Дэн. "По глубине перехода мы можем легко вычислить давление и, таким образом, определить температуру."
Третья граница, которую он и Левандер измерили, – это граница между мантией Марса и его богатым железом ядром, которое они обнаружили примерно в 945–994 милях (1520–1600 км) под спускаемым аппаратом. Лучшее понимание этой границы «может предоставить информацию о развитии планеты как с химической, так и с термической точки зрения», – сказал Дэн.