На основі аналізу марсотрусів, зібраного сейсмографом місії InSight, вдалося вперше визначити імовірну товщину кори Марса в абсолютних величинах. Щоправда, існує «тонка» і «товста» моделі кори планети. Так у першому випадку її середня товщина складатиме від 24 до 38 кілометрів, а у другому — від 39 до 72. А от ядро Марса рідке і велике — приблизно 1830 кілометрів, що свідчить про наявність всього одного шару мантії. Особливості марсіанської поверхні планетологи описали у Science.
NASA / JPL-Caltech
Як на Марсі із сейсмоактивністю?
Після більш ніж тридцяти років космічних польотів на Марс, ми знаємо про нього досить багато. Подібно Землі, Марс колись мав сильне магнітне поле, створюване рідким ядром. Однак, з часом воно зникло і атмосфера Марса «вислизнула» в космос, а поверхня стала холодною і набагато менш сприятливою для життя, ніж Земля. У кількох дослідженнях робилися спроби оцінити й товщину кори Марса, моделюючи взаємодію гравітаційних умов та спостережуваної топографії, але оцінки середньої товщини варіюються у діапазоні від 30 кілометрів до значень, що перевищують сотню. Та для того, щоб точно відстежити історію формування та еволюцію планети, нам необхідно дослідити марсіанську кору, дізнатися точний склад і розміри ядра та чи є у Марса нижня мантія. Якби середня товщина кори була відома, вона б стала головним елементом дослідження теплової еволюції планети.
Зазвичай для визначення чітких меж переходу між шарами мантії і кори, використовується сейсмічна активність, де розподіл хвиль здатний вказати на структуру планети. Однак, щоб проводити такі дослідження на Марсі, необхідно чекати на падаючі на поверхню планети метеорити, удар яких викликає сейсмічні хвилі. Місія InSight проводить сейсмічні вимірювання на поверхні Марса з початку 2019 року. Так само як сейсмометри на Землі, InSight вимірює розмір ядра Марса, вивчаючи сейсмічні хвилі, які відбиваються від кордону між мантією і ядром.
Що наміряли планетологи?
Коли відбувається марсотрус, первинні хвилі виходять, швидко переміщаючись через шари, а за ними слідують вторинні, коливання яких перпендикулярні напрямку хвилі. Вимірювання проміжку часу між ними дає змогу визначити, як далеко стався марсотрус — час прибуття хвилі збільшується з віддаленням від джерела. Хвилі також з різною швидкістю проходять і через різні речовини, а тому є можливість навіть визначити хімічний склад внутрішньої структури планети. З більш ніж тисячі зареєстрованих марсотрусів, вчені зосередилися тільки на десяти з найбільшою амплітудою.
Так, ґрунтуючись на попередньому аналізі наявних даних від InSight, дослідники визначилися із двома можливими моделями на пояснення сейсмологічних спостережень. Так є «товста модель», що передбачає товщину кори від 27 до 47 кілометрів, а саму кору можна буде поділити на три шари. Однак, кора може бути і «тонкою» та сягати від 15 до 25 кілометрів, поділяючись на два шари.
Внутрішня структура Марса. NASA / JPL-Caltech
То кора Марса тонка чи товста?
Дві різні моделі виникли у наслідок невеликого числа марсотрусів великої амплітуди, тому подальші дослідження зможуть підтвердити ту чи іншу модель. Однак, ці дані вже є набагато більш точними, ніж ті, що були досі доступними за даними вимірювань орбітальних апаратів. Також вчені виявили, що середня товщина кори збільшується зі збільшенням її щільності, тож в міру того, як контраст щільності на кордоні розділу кора-мантія зменшується, варіації рельєфу стають все більш помітними. Також дослідження виявили, що марсіанська мантія більш ніж в два рази глибша мантії Землі — від 400 до 600 кілометрів углиб. За словами дослідників, така різниця може спостерігатися почасти тому, що у Марса є тільки одна континентальна плита, на відміну від Землі, у якої їх сім. Хоча за хімічним складом марсіанська мантія схожа на верхню мантію нашої планети, вона містить більше заліза та радіоактивних елементів. Також вдалося уточнити розмір ядра Марса — на глибині 1560 кілометрів лежить рідке металеве ядро радіусом близько 1830 кілометрів. Причому воно набагато менш щільне, ніж вважалося (близько шести грамів на кубічний сантиметр), що говорить про великий вміст сірки та кисню у його складі. Присутність легких елементів передбачає, що Марс міг утворитися дуже рано та достатньо швидко, при цьому збираючи матеріал із Сонячної системи, де легких елементів було більше. Оскільки ядро більше, ніж вважалося раніше, відповідна і мантія має бути тоншою, тож це пояснює відсутність найпоширенішого на Землі мінералу бріджманіту, який мав би ізолювати ядро та не давати йому остигнути, впливаючи на магнітне поле планети. Дослідники сподіваються побачити ще принаймні десяток марсотрусів магнітудою 4 або вище до закінчення місії InSight, щоб звузити діапазон можливих розмірів та хімічних елементів кори та ядра Марса.
Також раніше ми писали про дослідження внутрішньої структури Марса завдяки цирконію з його метеорита, що був знайдений у пустелі Марокко в 2011 році. Він вказав, що імовірно планета протягом більшої частини своєї історії перебувала у тектонічному «режимі закритої кришки», не маючи тектоніки плит.