InSight делает глубокие измерения Марса

Используя данные посадочного модуля InSight на Марсе, сейсмологи из университета Райса провели первые измерения трех подповерхностных границ от коры до ядра Красной планеты.

«В итоге это поможет понять формирование планет», - сказал Алан Левандер, соавтор исследования, опубликованного в журнале Geophysical Research Letters. Толщина коры Марса и глубина его ядра были рассчитаны с помощью ряда моделей, и, по словам Левандера, данные InSight позволили провести первые прямые измерения, которые можно использовать для проверки моделей и их улучшения.

«Из-за отсутствия тектоники плит на Марсе его ранняя история в основном сохранилась, если сравнивать с Землей», - сказал соавтор исследования Сичжуан Дэн, аспирант Райса. «Оценка глубины сейсмических границ Марса может дать указания, чтобы лучше понять его прошлое, а также образование и эволюцию планет земной группы в целом».

Поиск подсказок о внутренней части Марса и процессах, которые его сформировали, является ключевой задачей InSight, роботизированного посадочного модуля, приземлившегося в ноябре 2018 года. Куполообразный сейсмометр зонда позволяет ученым слышать слабый грохот внутри планеты, как врач слушает 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 планету, отмечая местоположение и размер возмущений, таких как удары метеоров или землетрясения, которые на Марсе зовутся марсотрясениями. Сейсмометр InSight зафиксировал более 170 из них с февраля по сентябрь 2019 года.

Сейсмические волны также слегка изменяются, когда проходят сквозь 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, то есть на нем будет гораздо меньше марсотрясений по сравнению с Землей. Более того, имея только одну сейсмическую станцию ??на Марсе, мы не можем использовать методы, основанные в сейсмических сетях».

Левандер и Дэн проанализировали сейсмологические данные InSight за 2019 год, используя метод автокорреляции окружающего шума. «Он использует данные непрерывного шума, записанные единственной сейсмической станцией на Марсе, для извлечения ярко выраженных сигналов отражения от сейсмических границ», - сказал Дэн.

Первая граница, которую измерили Дэн и Левандер, - это разрыв между корой и мантией Марса почти в 35 км под посадочным модулем.

Вторая - это переходная зона в мантии, где силикаты магния и железа претерпевают геохимические изменения. Выше зоны элементы образуют минерал оливин, а под ним тепло и давление сжимают их в новый минерал вадслеит. Эта зона была обнаружена в 1110–1170 км ниже InSight.

«Температура перехода оливина в вадслеит - это важный ключ к построению тепловых моделей Марса», - сказал Дэн. «По глубине перехода мы можем легко вычислить давление, а затем и температуру».

Третья граница, которую он и Левандер измерили, - это граница между мантией Марса и его богатым железом ядром, которое обнаружили примерно в 1520–1600 км под посадочным модулем. «Лучшее понимание этой границы может предоставить информацию о развитии планеты как с химической, так и с термической точки зрения», - сказал Дэн.