|
Падения метеоритов проливают свет на внутреннюю часть Марса
|
|
|
|
Исследователи, работающие в Службе марсотрясений в ETH Zurich, анализируют измерения, сделанные сейсмометром миссии NASA InSight на одной из наших соседних планет. В течение почти трех лет единственными сейсмическими волнами, обнаруженными на Марсе, были те, которые распространялись от соответствующего очага или гипоцентра землетрясения через глубины планеты. Тем не менее, исследователи все время надеялись на событие, которое также будет генерировать волны, распространяющиеся по поверхности планеты. Их ожидание наконец было вознаграждено 24 декабря 2021 года, когда падение метеорита на Марс привело к появлению поверхностных волн, которых они давно ожидали.
|
|
|
|
Нетипичные характеристики в показаниях землетрясения заставили исследователей заподозрить, что его источник находился вблизи поверхности, поэтому они связались с коллегами, которые работали с зондом на орбите Марса. И действительно, снимки, сделанные марсианским разведывательным орбитальным аппаратом в конце декабря 2021 года, показали большой ударный кратер примерно в 3500 километрах от InSight. «Местоположение хорошо совпало с нашими оценками источника землетрясения», — говорит Доен Ким, геофизик и старший научный сотрудник Института геофизики ETH Zurich. Ким является ведущим автором исследования, которое только что было опубликовано в журнале Science. Исследователи также смогли точно определить падение метеорита на расстоянии чуть менее 7500 километров (около 5000 миль) от InSight как источник второго нетипичного землетрясения.
|
|
|
Поскольку гипоцентр каждого землетрясения находился на поверхности, они генерировали не только объемные сейсмические волны, подобные зарегистрированным ранее марсотрясениям, в которых гипоцентры находились на большей глубине, но и волны, распространявшиеся вдоль поверхности планеты. «Это первый раз, когда сейсмические поверхностные волны наблюдались на планете, отличной от Земли. Даже миссии «Аполлон» на Луну это не удалось», — говорит Ким. Что делает поверхностные сейсмические волны столь важными для исследователей, так это то, что они предоставляют информацию о структуре марсианской коры. Объемные сейсмические волны, которые проходят через недра планеты во время землетрясения, до сих пор давали представление о ядре и мантии Марса, но мало что рассказали о коре вдали от самого посадочного модуля.
|
|
|
|
«До сих пор наши знания о марсианской коре основывались только на одноточечных измерениях под посадочным модулем InSight», — объясняет Ким. Результат анализа поверхностных волн удивил его. В среднем марсианская кора между местами ударов и сейсмометром InSight имеет очень однородную структуру и высокую плотность. Однако непосредственно под посадочным модулем исследователи ранее обнаружили три слоя коры, что указывало на более низкую плотность. Новые результаты замечательны, потому что кора планеты дает важные подсказки о том, как эта планета формировалась и развивалась. Поскольку сама кора является результатом ранних динамических процессов в мантии и последующих магматических процессов, она может рассказать нам об условиях миллиарды лет назад и графике ударов, которые были особенно распространены в ранние дни Марса.
|
|
|
|
Ким объясняет, как было проведено новое измерение: «Скорость, с которой распространяются поверхностные волны, зависит от их частоты, которая, в свою очередь, зависит от их глубины». Измеряя изменения скорости в сейсмических данных на разных частотах, можно сделать вывод, как скорость изменяется на разных глубинах, поскольку каждая частота чувствительна к разным глубинам. Это дает основу для оценки средней плотности породы, поскольку сейсмическая скорость также зависит от упругих свойств материала, через который проходят волны. Эти данные позволили исследователям определить структуру земной коры на глубине примерно от 5 до 30 километров под поверхностью Марса.
|
|
|
|
Почему же тогда средняя скорость поверхностных волн, наблюдаемая недавно, была значительно выше, чем можно было бы ожидать, основываясь на более ранних точечных измерениях под посадочным модулем Mars InSight? Это в основном связано с поверхностным камнем или действуют другие механизмы? Как правило, вулканические породы имеют более высокие сейсмические скорости, чем осадочные породы. Кроме того, пути между двумя падениями метеоритов и местом измерения проходят через одну из крупнейших вулканических областей в северном полушарии Марса.
|
|
|
|
Потоки лавы и закрытие поровых пространств от тепла, создаваемого вулканическими процессами, могут увеличивать скорость сейсмических волн. «С другой стороны, структура земной коры под местом посадки InSight могла быть сформирована уникальным образом, возможно, когда материал был выброшен во время сильного метеоритного удара более трех миллиардов лет назад. Это означает, что структура коры под посадочным модулем вероятно, не отражает общую структуру марсианской коры», — объясняет Ким.
|
|
|
|
Новое исследование также может помочь разгадать многовековую загадку. С тех пор, как первые телескопы были направлены на Марс, стало известно, что существует резкий контраст между южным и северным полушариями планеты. В то время как доминирующей чертой южного полушария является плато, покрытое метеоритными кратерами, северное полушарие состоит в основном из плоских вулканических низменностей, которые, возможно, были покрыты океанами в ранней истории планеты. Это деление на южные высокогорья и северные низменности называется дихотомией Марса.
|
|
|
|
«В настоящее время у нас еще нет общепринятого объяснения этой дихотомии, потому что мы никогда не видели глубинную структуру планеты», — говорит Доменико Джардини, профессор сейсмологии и геодинамики ETH Zurich. «Но теперь мы начинаем раскрывать это». Первоначальные результаты, по-видимому, опровергают одну из широко распространенных теорий дихотомии Марса: коры на севере и на юге, вероятно, не состоят из разных материалов, как это часто предполагалось, и их структура может быть удивительно похожей на соответствующих глубинах.
|
|
|
|
Исследователи ETH Zurich ожидают дальнейших результатов в ближайшее время. В мае 2022 года InSight наблюдал крупнейшее на сегодняшний день марсотрясение магнитудой 5. Он также зафиксировал сейсмические поверхностные волны, вызванные этим неглубоким событием. Это произошло как раз вовремя, так как миссия InSight скоро подходит к концу, так как солнечные батареи посадочного модуля покрыты пылью, а мощность на исходе. Первоначальный анализ данных подтверждает выводы, сделанные исследователями при падении двух других метеоритов. «Это сумасшествие. Мы так долго ждали этих волн, и теперь, всего через несколько месяцев после удара метеорита, мы наблюдали это сильное землетрясение, которое породило чрезвычайно богатые поверхностные волны. Это позволяет нам заглянуть еще глубже в кору, чтобы глубина около 90 километров», — говорит Ким.
|
|
|
|
Источник
|
