Międzynarodowy zespół badawczy oszacował, że w Marsa uderza od 280 do 360 dużych meteorytów rocznie, na podstawie danych sejsmicznych z misji InSight NASA. Wskaźnik ten jest pięciokrotnie wyższy niż szacunki uzyskane na podstawie analizy obrazów uzyskanych z instrumentów orbitalnych, co podkreśla skuteczność sejsmologii w badaniach uderzeń meteorytów.
Międzynarodowy zespół naukowców dokonał pierwszego oszacowania globalnego wpływu meteorytów na Marsa na podstawie danych sejsmicznych. Ich odkrycia wskazują, że każdego roku w planetę uderza od 280 do 360 meteorytów, tworząc kratery uderzeniowe o średnicy większej niż 8 metrów.
Sejsmiczne „ćwierkanie” sygnalizuje nową klasę wstrząsów
Wykorzystując dane z sejsmometru rozmieszczonego podczas misji NASA InSight na Marsa, badacze odkryli, że 6 zdarzeń sejsmicznych zarejestrowanych w pobliżu stacji zostało wcześniej zidentyfikowanych jako uderzenia meteorytów – proces ten umożliwił zapis określonego akustycznego sygnału atmosferycznego generowanego podczas meteoryty wchodzą w atmosferę Marsa. Teraz zespół badawczy odkrył, że tych 6 zdarzeń sejsmicznych należy do znacznie większej grupy trzęsień Marsa, tak zwanych zdarzeń o bardzo wysokiej częstotliwości (VF). Proces źródłowy tych trzęsień zachodzi znacznie szybciej niż w przypadku trzęsienia tektonicznego o podobnej wielkości. Podczas gdy normalne trzęsienie ziemi o sile 3 stopni w skali Richtera na Marsie trwa kilka sekund, zdarzenie tej samej wielkości wywołane uderzeniem zajmuje tylko 0,2 sekundy lub mniej ze względu na dużą prędkość zderzenia. Analizując widma trzęsień Marsa, zidentyfikowano kolejnych 80 trzęsień Marsa, które obecnie uważa się za spowodowane uderzeniami meteorytów.
Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiające lądownik NASA InSight wraz z instrumentami rozmieszczonymi na powierzchni Marsa. Źródło: NASA/JPL-Caltech
Metodologia wykrywania uderzenia
Poszukiwania badawcze rozpoczęły się w grudniu 2021 r., rok przed tym, jak pył zgromadzony na panelach słonecznych położył kres misji InSight, kiedy duże odległe trzęsienie zarejestrowane przez sejsmometr spowodowało oddźwięk szerokopasmowego sygnału sejsmicznego na całej planecie. Teledetekcja powiązała trzęsienie z kraterem o szerokości 150 metrów. Aby to potwierdzić, zespół InSight nawiązał współpracę z kamerą kontekstową Mars Reconnaissance Orbiter Context Camera w celu poszukiwania innych świeżych kraterów, które pasowałyby do czasu i lokalizacji zdarzeń sejsmicznych wykrytych przez InSight. Praca detektywistyczna zespołów opłaciła się i udało im się znaleźć drugi świeży krater o średnicy ponad 100 metrów. Jednakże mniejsze kratery, które powstały w wyniku uderzenia w planetę meteorytów wielkości piłki do koszykówki, a które powinny występować znacznie częściej, pozostały nieuchwytne. Obecnie liczbę uderzeń meteorytów szacuje się na podstawie występowania tych specjalnych trzęsień o wysokiej częstotliwości.
Spadki meteorytów oszacowane na podstawie danych sejsmicznych
Każdego roku na Ziemię spada około 17 000 meteorytów, ale jeśli nie przemkną po nocnym niebie, rzadko zostaną zauważone. Większość meteoroidów rozpada się, gdy wchodzą w ziemską atmosferę, ale na Marsie atmosfera jest 100 razy cieńsza, przez co jego powierzchnia jest narażona na większe i częstsze uderzenia.
Do tej pory planetolodzy polegali na obrazach orbit i modelach wywnioskowanych na podstawie dobrze zachowanych uderzeń meteorytów na Księżyc, ale ekstrapolacja tych szacunków na Marsa okazała się trudna. Naukowcy musieli wziąć pod uwagę silniejsze przyciąganie grawitacyjne Marsa i jego bliskość do pasa asteroid, co oznacza, że w Czerwoną Planetę uderza więcej meteorytów. Z drugiej strony regularne burze piaskowe powodują, że kratery są znacznie gorzej zachowane niż te na Księżycu, a zatem nie są tak łatwe do wykrycia na zdjęciach orbitalnych. Kiedy meteoryt uderza w planetę, fale sejsmiczne powstałe w wyniku uderzenia przemieszczają się przez skorupę i płaszcz i mogą być wychwytywane przez sejsmometry.
Na zdjęciu: Pierwsze uderzenie meteoroidu wykryte przez misję NASA InSight. Zdjęcie zostało wykonane przez należącą do NASA sondę Mars Reconnaissance Orbiter przy użyciu kamery High-Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE). Źródło: NASA/JPL-Caltech/Uniwersytet Arizony
Wnioski z danych sejsmologicznych Marsa
Druga współautorka publikacji, Natalia Wójcicka, wyjaśnia: „Oszacowaliśmy średnicę kraterów na podstawie wielkości wszystkich trzęsień marsjańskich typu VF i ich odległości, a następnie wykorzystaliśmy je do obliczenia, ile kraterów utworzyło się wokół lądownika InSight w ciągu roku. Następnie ekstrapolowaliśmy te dane, aby oszacować liczbę uderzeń, które mają miejsce rocznie na całej powierzchni Marsa”.
Pierwsza autorka publikacji, Géraldine Zenhäusern, dodaje: „Chociaż nowe kratery najlepiej widać na płaskim i zapylonym terenie, gdzie naprawdę się wyróżniają, tego typu tereny zajmują mniej niż połowę powierzchni Marsa. Jednakże czuły sejsmometr InSight był w stanie usłyszeć każde uderzenie w zasięgu lądowników”.
Wiek geologiczny Marsa
Podobnie jak linie i zmarszczki na naszej twarzy, rozmiar i gęstość kraterów powstałych po uderzeniach meteorytów ujawnia wskazówki dotyczące wieku różnych obszarów ciała planetarnego. Im mniej kraterów, tym młodszy region planety. Na przykład Wenus nie ma prawie żadnych widocznych kraterów, ponieważ jej powierzchnia jest nieustannie przekształcana przez wulkanizm, podczas gdy Merkury i Księżyc na swoich starożytnych powierzchniach są silnie pokryte kraterami. Mars plasuje się pomiędzy tymi przykładami, z kilkoma starymi i młodymi obszarami, które można rozróżnić na podstawie liczby kraterów.
Nowe dane pokazują, że 8-metrowy krater pojawia się gdzieś na powierzchni Marsa niemal codziennie, a 30-metrowy krater pojawia się mniej więcej raz w miesiącu. Ponieważ uderzenia z dużą prędkością powodują powstawanie stref eksplozji, które z łatwością mogą osiągać średnicę 100 razy większą niż sam krater, znajomość dokładnej liczby uderzeń jest ważna dla bezpieczeństwa robotycznych, ale także przyszłych misji ludzkich na Czerwoną Planetę.
Zdaniem Zenhäusern i Wójcickiej, kolejnym krokiem w rozwoju tych badań będzie wykorzystanie technologii uczenia maszynowego, które pomogą badaczom w identyfikacji kolejnych kraterów na zdjęciach satelitarnych i identyfikacji zdarzeń sejsmicznych w zebranych danych.
Więcej informacji: publikacja “An estimate of the impact rate on Mars from statistics of very-high-frequency marsquakes”, Géraldine Zenhäusern, Natalia Wójcicka, i in., Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02301-z
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Źródło ilustracji: NASA / JPL – Caltech
