Przejdź do treści

Misja InSight wyjawia szczegóły wewnętrznej budowy Marsa

Budowa wewnętrzna Marsa

Wykorzystując informacje uzyskane z analizy trzęsień ziemi na Marsie, międzynarodowy zespół misji InSight NASA zbadał wewnętrzną strukturę Marsa. Po raz pierwszy oszacowana została wielkość jądra planety, grubość jej skorupy oraz struktura jej płaszcza. W ten sposób Mars dołączył do Ziemi i Księżyca, stając się jednym z ciał Układu Słonecznego, których struktura została zbadana przez sejsmologów. 

Zanim Mars został zbadany przez InSight, jego wewnętrzna struktura była słabo znana. Modele budowy wewnętrznej tej planety opierały się wyłącznie na danych zebranych przez orbitujące sondy oraz na wynikach analizy meteorytów marsjańskich, które spadły na Ziemię. Na podstawie samych danych grawitacyjnych i topograficznych, grubość skorupy Marsa szacowano na od 30 do 100 km, zaś wartości momentu bezwładności i gęstości planety sugerowały istnienie jądra o promieniu od 1400 do 2000 km. Szczegóły budowy wewnętrznej i położenie granic między skorupą, płaszczem i jądrem pozostawały jednak nieokreślone.

Do jednoczesnego wyznaczenia modelu strukturalnego planety, momentu wystąpienia trzęsienia ziemi i odległości do tego wydarzenia, zwykle potrzebna jest więcej niż jedna stacja pomiarowa. Tymczasem na Marsie naukowcy mają tylko jedną stację: InSight. Z tego powodu konieczne było przeszukanie zapisów sejsmicznych pod kątem występowania cech charakterystycznych fal, które w różny sposób oddziaływały z wewnętrznymi strukturami Marsa, a następnie ich zidentyfikowanie i weryfikacja. Ta analiza, w połączeniu z mineralogicznym i termicznym modelowaniem wnętrza planety, pozwoliła przezwyciężyć ograniczenie posiadania jednej stacji, zapoczątkowując nową erę sejsmologii planetarnej.

Stanowisko InSight na powierzchni Marsa.

Stanowisko sondy kosmicznej InSight z instrumentami rozmieszczonymi na powierzchni Marsa. © NASA/JPL-Caltech.

Kolejnym wyzwaniem była niska aktywność sejsmiczna Marsa i wyraźny szum sejsmiczny generowany przez marsjańską atmosferę. Na Ziemi trzęsienia są znacznie silniejsze, a sejsmometry umieszcza się w specjalnych, ekranowanych pomieszczeniach lub w podziemiach, co pozwala na zmniejszenie szumów odczytu i uzyskanie dokładnego obrazu wnętrza planety. Chociaż trzęsienia ziemi na Marsie mają stosunkowo niską magnitudę, mniejszą niż 3,5, bardzo wysoka czułość czujników InSight w połączeniu z niskim poziomem szumów o zmroku, umożliwiła dokonanie odkryć, które dwa lata temu wydawały się nieosiągalne.

Obserwacje zgromadzone przez InSight dotyczyły jednego roku marsjańskiego, czyli prawie dwóch lat ziemskich. Dane były oczyszczane z hałasu otoczenia, który pochodził od wiatru, i odgłosów deformacji związanych z gwałtownymi zmianami temperatury. W sumie skatalogowano ponad 600 wydarzeń sejsmicznych, z których ponad 60 było spowodowanych stosunkowo odległymi trzęsieniami ziemi. Spośród tych ostatnich, około 10 zdarzeń zawiera informacje o strukturze głębokich warstw planety.

Badacze zidentyfikowali kilka nieciągłości w skorupie planety. Pierwsza zaobserwowana została na głębokości około 10 km. Wyznacza ona granicę pomiędzy warstwą, która jest silnie zmieniona wskutek dawnych przepływów cieczy, a skorupą, która jest tylko nieznacznie zmieniona. Druga nieciągłość znajduje się na głębokości około 20 km, a trzecia, mniej wyraźna, na głębokości około 35 km. Pozwalają one poznać rozwarstwienie skorupy Marsa pod stanowiskiem InSight.

Struktura Marsa pod stanowiskiem InSight

Wizja artystyczna sonda kosmicznej InSight NASA na Marsie. Na przekroju widać strukturę wnętrza planety pod stanowiskiem InSight. W tle po lewej stronie widać dwa diabły pyłowe. © IPGP/Nicolas Sarter.

Badając płaszcz Marsa, naukowcy przeanalizowali różnice między czasem przemieszczania się fal wytwarzanych bezpośrednio podczas trzęsienia ziemi a kolejnymi falami, które powstają podczas odbijania się pierwotnie wytworzonych fal od powierzchni. Różnice te umożliwiły określenie budowy górnego płaszcza i pomiar zmian prędkości fal sejsmicznych z głębokością. 

W ostatnim kroku naukowcy przeszli do analizy fal odbitych od jądra Marsa. Pomiar jego promienia był najważniejszym celem misji InSight. W tym celu przetestowano kilka tysięcy modeli płaszcza i jądra. Ostatecznie obliczono, że Mars posiada jądro o promieniu od 1790 km do 1870 km. Tak duża wielkość jądra implikuje obecność lekkich pierwiastków w ciekłym jądrze i ma poważne konsekwencje dla mineralogii płaszcza na jego granicy i jądra planety.

Oczywiście, nowa wiedza prowokuje do stawiania nowych pytań. Czy struktura górnych 10 km skorupy znajdujących się pod stanowiskiem InSight ma charakter globalny, czy też ogranicza się do strefy lądowania InSight? Jaki wpływ będą miały te wyniki na teorie powstawania i ewolucji termicznej Marsa? Co zmieni się w naszym spojrzeniu na pierwsze 500 milionów lat istnienia Marsa, kiedy planeta ta miała na powierzchni wodę w stanie ciekłym i intensywną aktywność wulkaniczną?

Być może rozwiążemy te i inne zagadki w kolejnych latach, korzystając z nowych danych, które zostaną zebrane dzięki dwuletniemu przedłużeniu misji InSight i uzyskaniu dodatkowej energii elektrycznej w rezultacie oczyszczenia paneli słonecznych instrumentu.


Więcej informacji:

 

Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz

Na ilustracji: Artystyczna wizja wewnętrznej struktury Marsa. © IPGP / David Ducros.

Reklama