Od początku 2019 roku naukowcy w ramach misji InSight rejestrują i analizują trzęsienia Marsa. Opiera się to na sejsmometrze, którego elektronika do akwizycji danych i sterowania została opracowana w ETH Zurich. Korzystając z tych danych, naukowcy zmierzyli teraz skorupę, płaszcz i jądro Czerwonej Planety – dane, które pomogą określić formację i ewolucję Marsa, a co za tym idzie, całego Układu Słonecznego.
Mars kiedyś całkowicie stopiony
Wiemy, że Ziemia składa się z muszli: cienka skorupa z lekkiej, litej skały otacza gruby płaszcz ciężkiej, lepkiej skały, która z kolei otacza rdzeń składający się głównie z żelaza i niklu. Zakłada się, że planety ziemskie, w tym Mars, mają podobną strukturę. „Teraz dane sejsmiczne potwierdziły, że Mars prawdopodobnie był kiedyś całkowicie stopiony, zanim podzielił się na skorupę, płaszcz i jądro, które widzimy dzisiaj, ale różnią się one od Ziemi” – mówi Amir Khan, naukowiec z Instytutu Geofizyki w ETH w Zurychu. w Instytucie Fizyki na Uniwersytecie w Zurychu. Wraz ze swoim kolegą z ETH, Simonem Stählerem, przeanalizował dane z misji InSight NASA, w której uczestniczy ETH Zurich pod przewodnictwem prof. Domenico Giardiniego.
Brak tektoniki płyt na Marsie
Naukowcy odkryli, że marsjańska skorupa pod miejscem lądowania sondy w pobliżu marsjańskiego równika ma od 15 do 47 kilometrów grubości. Tak cienka skorupa musi zawierać stosunkowo wysoki udział pierwiastków promieniotwórczych, co stawia pod znakiem zapytania dotychczasowe modele składu chemicznego całej skorupy.
Pod skorupą znajduje się płaszcz z litosferą bardziej litej skały sięgającą 400-600 kilometrów w dół – dwa razy głębszą niż na Ziemi. Może tak być, ponieważ na Marsie jest teraz tylko jedna płyta kontynentalna, w przeciwieństwie do Ziemi z siedmioma dużymi ruchomymi płytami. „Gruba litosfera dobrze pasuje do modelu Marsa jako „jednopłytowej planety” – podsumowuje Khan.
Pomiary pokazują również, że marsjański płaszcz jest mineralogicznie podobny do górnego płaszcza Ziemi. „W tym sensie płaszcz marsjański jest prostszą wersją płaszcza Ziemi”. Ale sejsmologia ujawnia również różnice w składzie chemicznym. Na przykład płaszcz marsjański zawiera więcej żelaza niż ziemski. Jednak teorie dotyczące złożoności warstw marsjańskiego płaszcza zależą również od wielkości leżącego pod spodem jądra – i tutaj również naukowcy doszli do nowych wniosków.
Rdzeń jest płynny i większy niż oczekiwano
Marsjański rdzeń ma promień około 1840 kilometrów, co czyni go o dobre 200 kilometrów większym niż zakładano 15 lat temu, kiedy planowano misję InSight. Naukowcy byli teraz w stanie ponownie obliczyć rozmiar rdzenia za pomocą fal sejsmicznych. „Po ustaleniu promienia jądra możemy teraz obliczyć jego gęstość” – mówi Stähler.
„Jeśli promień rdzenia jest duży, gęstość rdzenia musi być stosunkowo niska”, wyjaśnia: „Oznacza to, że rdzeń musi zawierać dużą część lżejszych pierwiastków oprócz żelaza i niklu”. Należą do nich siarka, tlen, węgiel i wodór i stanowią nieoczekiwanie dużą część. Naukowcy dochodzą do wniosku, że skład całej planety nie jest jeszcze w pełni poznany. Niemniej jednak obecne badania potwierdzają, że jądro jest płynne – jak podejrzewano – nawet jeśli Mars nie ma już pola magnetycznego.
Osiągnięcie celu z różnymi przebiegami
Naukowcy uzyskali nowe wyniki, analizując różne fale sejsmiczne generowane przez trzęsienia Marsa. „Widzieliśmy już różne fale w danych InSight, więc wiedzieliśmy, jak daleko od lądownika znajdowały się te epicentra trzęsień na Marsie” – mówi Giardini. Aby móc powiedzieć coś o wewnętrznej strukturze planety, potrzebne są fale wstrząsów, które odbijają się na lub pod powierzchnią lub w jądrze. Teraz po raz pierwszy naukowcom udało się zaobserwować i przeanalizować takie fale na Marsie.
„Misja InSight była wyjątkową okazją do uchwycenia tych danych” – mówi Giardini. Strumień danych zakończy się za rok, kiedy ogniwa słoneczne lądownika nie będą już w stanie wytwarzać wystarczającej ilości energii. „Ale jeszcze daleko nam do zakończenia analizowania wszystkich danych – Mars wciąż przedstawia nam wiele tajemnic, w szczególności czy powstał w tym samym czasie i z tego samego materiału co nasza Ziemia”. Szczególnie ważne jest zrozumienie, w jaki sposób wewnętrzna dynamika Marsa doprowadziła do utraty aktywnego pola magnetycznego i całej wody powierzchniowej. „To da nam wyobrażenie, czy i jak te procesy mogą zachodzić na naszej planecie” – wyjaśnia Giardini. „To jest nasz powód, dla którego jesteśmy na Marsie, aby zbadać jego anatomię”.
