Планетологи вперше відшукали у даних станції InSight, яка працювала на Марсі, записи про сейсмічні хвилі, які перетнули ядро планети. За ними вчені змогли побудувати модель марсіанського ядра та уточнити, що його радіус складає від 1 780 до 1 810 кілометрів, що менше попередніх оцінок. Крім того, аналіз проходження сейсмічних хвиль дозволив визначити, що ядро на 20 відсотків складається з легкоплавких елементів, здебільшого з сірки. Результати дослідження опубліковані у Proceedings of the National Academy of Sciences.
Модель будови Марса. NASA / JPL-Caltech / University of Maryland
З чого складається Марс?
Моделі формування планет передбачають, що кам'янисті планети, подібні Землі, Меркурію і Марсу, здебільшого мають подібну будову: щільне залізне ядро, оточене мантією та корою. Особливості цих шарів залежать від того, як формувалася та еволюціонувала планета. Найбільше відомостей про будову Марса принесла геофізична станція InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport), яка чотири роки реєструвала сейсмічну активність на планеті за допомогою сейсмографа SEIS.
Вивчаючи, як надрами Марса поширюються сейсмічні хвилі, планетологи оцінили товщину кори Марса у 24-38 кілометрів (або від 39 до 72, залежно від моделі), а ядро планети — у приблизно 1 830 кілометрів. Втім, досі науковці використовували для аналізу сейсмічні хвилі, які відбивалися від ядра Марса, що обмежувало точність оцінок. У новому дослідженні даних InSight міжнародній групі планетологів вдалося відшукати сейсмічні хвилі, які перетнули ядро планети, а отже можуть точніше вказати на його розміри і густину.
Як вимірювати ядро планети?
Сейсмологія наразі є основним способом дослідити надра планети. Зокрема, і про земне ядро вчені дізнаються завдяки розгалуженій мережі сейсмографів, які фіксують зміни сейсмічних хвиль, яких ті зазнавали, долаючи земну товщу. Втім, SEIS на Марсі був єдиним сейсмографом, тож вчені мали дочекатися події, сейсмічні хвилі від якої не лише б перетнули ядро планети, а і були детально зареєстровані. Дві такі — марсотрус і удар, імовірно, від падіння метеорита — відбулися у 2021 році. Вчені порівняли час проходження хвиль від цих подій від джерела до InSight із сейсмограмами хвиль, які затухали в мантії Марса.
Події S0976a і S1000a (червоною та синьою лінією), які аналізували вчені. Трикутником позначене положення InSight. Jessica C. E. Irving et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023
Що вдалося дізнатися?
Аналізуючи час проходження сейсмічних хвиль, науковці змогли визначити особливості середовища, яке вони перетинали. Доповнені зібраними даними моделі будови Марса свідчать, що радіус його ядра складає від 1 780 до 1 810 кілометрів, а густина — 6,2-6,3 грама на кубічний сантиметр. Таким чином, від 20 до 22 відсотків маси ядра можуть складати легкоплавкі елементи, здебільшого сірка, що збігається з уявленнями про планетарну будову. Дослідники сподіваються, що їхні результати допоможуть уточнити моделі формування та еволюції Марса, у тому числі і як змінювалися умови на планеті.
Також за допомогою InSight вчені змогли відтворити будову приповерхневих шарів Марса: під реголітом і брекчією, на глибині до 200 метрів, лежать широкі шари базальту, розділені осадовими породами.